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全液压静压桩机的电气控制系统设计【优秀机械毕业设计@word+25张CAD全套图纸】

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编号:288350    类型:共享资源    大小:1.04MB    格式:RAR    上传时间:2014-06-05 上传人:QQ14****9609 IP属地:陕西
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液压 静压 电气 控制系统 设计 优秀 优良 机械 毕业设计 word 25 cad 全套 图纸
资源描述:

                摘要

   本次设计是YZY全液压静压桩机的电气控制系统总体设计。其主要分为以下几大部分:液压泵1、2和吊机的电器控制。电器系统要为液压系统提供动力,对电机进行控制。因为压桩机是工程机械,不论白天晚上,都要能保证其工作,所以电器系统要为驾驶室及工作区提供照明。为了使驾驶室环境的舒适,电器系统设计时还要考虑到吹风以及为整个系统提供报警等。设计时通过参观实习,并阅读大量资料,理论结合实际设计出了压桩机的电器控制系统,基本上符合设备的要求。

关键词:YZY全液压静压桩机   电器控制


               Abstract

    This time my project is design of  electrical control systerm of entirely hydraulic pressure static force pile pressing - in machine. It is divided into primarily several big parts: electrical control systerm of hydraulic pump one and two and derrick .The electrical control systerm must offering  motivity  for hydraulic system. Because pile pressing - in machine is construction machinery and equipment , No mater day and night ,it must can guarantee its work, electrical control systerm should offering illuminate for bridge house and work area. For making environmental comfort in bridge house, Still want when electric appliances system design in consideration of blow the breeze and the warning of total control of your System. While designing. I visited some place and looked some machine , and read a large quantity of data ,combine the theories and actual ,I have designed the electrical control systerm .It is basic to ascend the request of the equipments.

Key Words :  pile pressing - in machine  electrical control systerm


                    目录

1.   概述  ………………………………………………………………. ………(4)

   1.1   桩工机械产生的必要条件  ………………………………………...(4)

   1.2   桩工机械的发展简述   ……………………………………………. (4)

   1.3   部分YZY系列静力压桩机主要组成  ……………………………..(5)

   1.4   静力压桩机的主要特点 …………………………………………….(5)

   1.5   静力压桩机的使用,操作要点  ……………………………………(5)

1.5.1  静力压桩机的安装 ……………………………………………….( 5 )

   1.5.2.静力压桩机的作业要点 …………………………………………(6)

   1.6   压桩机的控制系统  ………………………………………………….(7)

2.   YZY400静压桩机电器及控制系统总体设计 ……………………………..(8)

   2.1   电器控制系统设计任务与总成  ……………………………………(8)

   2.2.1  电动机的选择……………………………………………………..(8)

   2.2.2  吊机的选择  …………………………………………………….(8)

   2.2   电动机及吊机选择  ………………………………………………….(8)

   2.3   控制元件的选择 ……..……………………………………………….(9)

   2.4   电机控制回路 ……………………………………………………….(16)

3.   照明及驾驶室线路系统 …………………………………………………...(17)

   3.1   照明及吹风  ………………………………………………………..(17)

   3.2   其它元件的选择 ……………………………………………………(18)

   3.2.1  旋转开关 …………………………………………………………..(18)

   3.2.2  变压器 ………………………………………………………………(18)

   3.3   报警装置 ……………………………………………………………..(19)

   3.3.1  断电报警 ……………………………………………………………(19)

  3.3.2  油泵滤油器堵塞报警 ………………………………………………(19)

   3.3.3 报警装置常见故障 …………………………………………………...(21)

   3.4   驾驶室布局 ………………………………………………………….(21)

4.   ZY16型压桩吊 ……………………………………………………………( 23 )

   4.1   概述    ………………………………………………………………( 23 )

   4.2   技术参数……………………………………………………………...(24)

   4.3   起重机起重作业部分的主要结构原理及操纵……………….. …….(26)

   4.3.1    起升机构…………………………………………………………...(26)

   4.3.2    起升机构的操纵方法……………………………………………...(27)

   4.3.3    吊臂变幅机构 ………………………………………………….....(27)

   4.3.4    吊臂变幅机构操纵方法 ………………………………………….(27)

   4.3.5    回转机构的操纵方法 ………………………………………….....(28)

   4.3.6    回转机构的操纵方法 …………………………………………….(28)

   4.3.7    电气系统 ……………………………………………………….....(29)

   4.3.8  中心回转接头 ……………………………………………………… (29)

   4.4   安全装置系统 ..........................................(30)

   4.5    起重机的操作事项 ……………………………………………..…..(30)

   4.5.1    起重机的操纵装置及仪表 ……………………………………....(30)

   4.5.2    作业时注意事项 ………………………………………………....(30)

   4.6  起重机的维护和保养 …………………………………………….…...(31)

   4.7  起重机的一般故障及排除方法……………………………………......(31)

结束语 … ……………………………………………………………………….(34)

致谢   ……………………………………………………………………………(35)

参考文献 ………………………………………………………………………..(36)

1.   概述

1.1  桩工机械产生的必要条件

   建筑物的全部载荷都要通过基础传给地基。具有足够的强度、稳定性和耐久性的基础,才能保证建筑物的安全和正常使用。根据地基的地质、地形、水文等特点,建筑物的基础大体上可分为直接基础、桩基础和沉箱基础等,其中桩基础是基础工程中应用员广泛,发展最迅速的一种基础形式。这是因为桩基础比其他形式的基础具有承载力高,适应性强,沉降量小,抗震性能好,以及施工方便等优点。加之土地使用日趋紧张的情况厂,一些工厂、房屋或其他设施,不得不建造在海边、河滩等软弱的地基上。此外,修建海上井台、大型港口和深水码头、高速公路和铁路,桥梁也都对桩基校的发展提出了新的课题。另一方面,由于桩工机械性能不断改善,品种、型号增多,又为桩基础的发展提供了有利条件。当前,桩基础正在向大型化方向发展,教大型的桩直径达2—3m,极限承载能力达20 x l0* 3 kN左右。桩工机械是用来完成预制桩的打人、沉入、压入、拔出或灌柱桩的成孔等作业的机械。

1.2  桩工机械的发展简述

   解放前,我国没有自制桩工机械,建国初期基本建设的基础施工全部使用旧中国从国外进口遗留下的蒸气打桩机和笨重的自由落锤,桩工机械和施工方法都非常落后。“一·五”期间,由于一些重点工程需要,开始测绘仿制国外3~10t单作用和双作用蒸气打桩机。至20世纪60年代初期,开始组建桩工机械制造行业和专业研究室。从此开始我国自行研制桩工机械的发展时期。从20世纪60年代中到70年代末15年间,桩工机械制造行业逐步发展壮大。近十多年来,由于石油工程及桥梁工程的需要,大型振动桩锤有了新的发展,如DZJ系列振动桩锤,最大激振力达1800KN,电机功率为240KN,起动力矩为0,对电网的冲击很小。国外振动桩锤主要向液压振动桩锤的方向发展,如美国的ICE系列,德国的MGF系列。液压振动桩锤可以改变振动频率,可使振锤适应桩-土壤体系的振动频率,使桩与土壤产生共振,加大力幅,使沉桩速度加快。用柴油锤和振动桩锤沉桩会产生相当大的噪声,在城市居民密集区施工时对环境影响极大。近年来,液压锤和静压桩机悄然兴起,静压桩机使用液压油顶,将桩压入土中,工作过程基本无噪声。最近常用于大城市中心地区沉桩作业。国内目前最大的静压桩机为上海生产的6000KN静压桩机。随着新技术,新设备的发展,就地灌注桩最近几十年得到了飞速发展,灌注桩的成孔有挤土和取土两种方法。目前应用较广的反循环钻机,套管钻机,回转斗钻机,旋转钻机,潜水钻机,潜水冲击锤等。另一类就地灌注桩是稳定液施工法的就地灌注桩,这类桩的成孔机械为回转斗与端螺旋钻。静力压桩机是以压桩机的自重克服沉桩过程中的阻力,当静压力超过桩周上的摩阻力时,桩就沿着压梁的轴线方向下沉,静力压桩具有无振动、无噪声的特点,适用于高压缩性的粘土或砂性较轻的亚粘上:层中,在人口密集的居民点、城市地区尤为适宜。

1.3  部分YZY系列静力压桩机主要组成

   YZY系列静力压桩机主要由夹持机构、底盘平台、横向行走及回转机构、纵向行走机构、液压系统和电气系统等部分组成。

1.4  静力压桩机的主要特点

   1)压桩机采用步届式行走机构,整机重心低,行动灵活,操纵方便。有辅桩工作机吊桩就位,不用另配起重机吊桩,它和主机装在一个底盘上,可随整机一起行走。

   2)压桩机施工时无噪声适用于市区内,尤其是医院、学校、办公楼等压桩施工。无振动、无空气污染。

   3)消除一般打桩机连续冲击荷载所引起的桩头和桩身的破坏。

   4)机上有起重机构.操作方便,减少高空作业的不安全因素。

   5)静力压桩施工对桩身产生的应力小,可以减少混凝土顶制桩的钢筋需用量,降低工程造价。

   由于静力压校机具有以上特点,已被广泛应用于软土地区的工业和民用建筑t港湾码头、水工围堰、地铁等工程的桩基础施工。但是静力压桩机缺点是:和冲击式打桩机相比,其效率较低。同时.对土体的适应性有一定的局限。如YZY型全液压静力压桩机只适用于PS值在40范围内软弱地基上施工;而DY80型绳索式静力压桩机只适用于流塑、软塑状态的粘土和亚粘土地基上施工。

1.5  静力压桩机的使用,操作要点

1.5.1  静力压桩机的安装

   1)静力压桩机的安装地点,必须按施工要求进行先期处理,使场地整平,井具有坚实的承载力。

   2)安装时,应特别注意两个行走机构之间的安装间距,防止底盘平台不能正确对位而导致返工。

   3)电源在导通前,应检查电源电压,使其保持在额定电压范围内。

   4)各液压管路连接时,不得将管路强行弯曲。安装过程中,应防止液压油过多流损。

   5)在安装配重前,必须对各紧固件进行检查,防止因紧固件未拧紧而造成构件变形。

   6)安装完毕后,应对整机进行试运转,特别是吊校用的起重机,应按起重机规定进行技术试验。

1.5.2.静力压桩机的作业要点

   1)压校作业中,首先要插中校位,如遇地下障碍物使桩在压人过程中倾斜时,不能用压桩机行走的方法强行纠编,应将倾斜的桩拔起,待地下障碍物清除后,重新插桩。

   2)桩在压入过程中,如通夹持机构和校侧打滑时,不能任意提高液压油压力,强行操作,而应找出打滑原因,采取有效措施后方可继续进行。

   3)由于桩的贯人阻力过大,使桩不能压至标高时,不能任意增加配重,否则会引起液压元件和构件的损坏。

   4)压桩中如桩顶不能最后压到设计标高时,必须将桩顶部分凿去,严禁用压桩机行走的方式,将桩强行推断。

   5)压桩过程中,如遇周围土体隆起,影响桩机行走时,应将桩机前方隆起的土铲除,不应强行通过,以免损坏校机行走机构。

   6)桩机在顶升过程中,应尽可能避免任一般形轨道压在己入土的单一的桩顶上,否则将使船形轨道因受力不均而变形。

   7)压桩机的电气系统必须有效的接地。作业中,电缆应有专人看护。

   8)压桩过程中,当桩尖碰到夹砂层时,压桩阻力可能突然增大,甚至超过压桩能力,使压桩机上拾。此时,可用最大的压桩力作用在桩顶后,采用停车的法使桩有可能缓慢穿过砂层。若有少量桩确实不能下沉到设计标高,如相差不多可截除桩头,继续慧础承台的施工。

   9)压桩接近设计标高时,应注意严格掌握停压时间。停压过早,补压阻力加大;停压过迟,则沉桩超过要求深度。

   10)压桩时,特别是压桩初期要注意桩的下沉情况,有无走位或偏斜,是否符合桩位中心位置,以便及时进行校正。如无法校正时,应拔出后重新下沉。如迢有障碍时,应予清除后重行插桩施压。

   11)多甘桩施上时,接桩面应距地面1m以上,以便于操作。

   12)尽量避免压桩中途停歇,停歇时间较长,重新起动阻力增大。

   13)压桩中,桩身倾斜或下沉速度突然加快时,多为桩接头失效或桩身破裂。一般可在原桩位附近补压新桩。

   14)当压桩阻力超过压核能力,或者由于配重调整不当,而使压桩机发生较大倾斜时,应立即采取停压措施,以免造成断桩或压桩架倾倒事故。

   15)压桩机行走时,长、短船形轨道和水平坡度不可超过5’。纵向行走时,不可单向操作一个手柄,应两个手柄一起动作。

   16)作业完毕.应将短船运行至中间位置,停放在乎整地面上,其余液压缸应全部回程缩进,起重机吊钩应升至最上部,并应使各部制动生效,最后应将外露活塞杆擦干净。

   17)作业后,应将各控制器故在“零位”,并依次切断各部电源,锁闭门宙,冬季应放尽各部积水。

   18)转移工地时,应按规定程序拆卸后,用汽车装运。所有油管接头处应加闷头螺栓,防止尘土进入。液压软管不得强行弯曲。

1.6 压桩机的控制系统

   两个电动机通过自动电控延时起动后,分别带动两个液压泵同时工作。此时,各执行机构并不动作,集成油路系统为常开式和各路相通,使液压泵输出的压力油经集成油路系统无负荷流回油箱,实现电动机空载起动。当需要任何一个执行机构的液压缸工作时,只要操纵相应的电开关,使集成油路系统小电液阀通电后动作,此时变常开式回路为闭合回路状态。油压升到大于额定工作压力时,由集成油路系统中的送流阀卸裁,压力油液回油箱。因此,整个液压系统的工作是通过电控换向阀去执行的,而压桩机的纵向和横向行走以及底盘平台的顶升是依靠手动多路阀控制的。


2. YZY400静压桩机电器及控制系统总体设计


2.1 电器控制系统设计任务与组成

2.1.1 设计任务

   本次设计任务是YZY400静压桩机电器及控制系统总体设计。

   本压桩机采用液压静力将预制桩分段压入土层中,完成吊桩、压桩的施工作业,如遇到加沙层等静压压不下去时,就利用振冲振冲一下,待穿过特种层后继续用静压压桩。




内容简介:
毕业设计(论文)开题报告学生姓名: 郑田田 学 号: 410102-02 所在学院: 机械与动力工程学院 专 业: 机械工程与自动化 设计(论文)题目: YZY全液压静压桩机的电气控制系统 指导教师: 郑凤琴 2005年3月1日开题报告填写要求1开题报告(含“文献综述”)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效;2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见;3“文献综述”应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册);4有关年月日等日期的填写,应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告1结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述:文 献 综 述本次毕业设计所设计的内容为YZY-400全液压静压桩机的电气控制系统设计。桩工机械的发展在土木建筑中,桩基础是最常用的基础形式。随着现代建筑业的飞速发展,桩基础的施工方法与施工机械也有了巨大发展。桩的类型大体上可分为预制桩和就地灌注桩。刚开始,预制桩主要采用锤击方法将其打入土壤中,最早采用的打击方法是坠锤,此后是蒸汽锤,然后是柴油锤和振动桩锤。近十多年来,由于石油工程及桥梁工程的需要,大型振动桩锤有了新的发展,如DZJ系列振动桩锤,最大激振力达1800KN,电机功率为240KN,起动力矩为0,对电网的冲击很小。国外振动桩锤主要向液压振动桩锤的方向发展,如美国的ICE系列,德国的MGF系列。液压振动桩锤可以改变振动频率,可使振锤适应桩-土壤体系的振动频率,使桩与土壤产生共振,加大力幅,使沉桩速度加快。用柴油锤和振动桩锤沉桩会产生相当大的噪声,在城市居民密集区施工时对环境影响极大。近年来,液压锤和静压桩机悄然兴起,静压桩机使用液压油顶,将桩压入土中,工作过程基本无噪声。最近常用于大城市中心地区沉桩作业。国内目前最大的静压桩机为上海生产的6000KN静压桩机。随着新技术,新设备的发展,就地灌注桩最近几十年得到了飞速发展,灌注桩的成孔有挤土和取土两种方法。挤土成孔法利用预制桩施工机械(一般是振动锤)将一根钢管大入土中,然后将钢管拔出,即可成孔。目前应用较广的反循环钻机,套管钻机,回转斗钻机,旋转钻机,潜水钻机,潜水冲击锤等。另一类就地灌注桩是稳定液施工法的就地灌注桩,这类桩的成孔机械为回转斗与端螺旋钻。此外,地基加固机械近年来也有所发展。除去喷浆法外,粉喷施工法也广泛使用于桥梁,公路,铁路和民用及工业建筑地基处理中。各种桩锤或钻土机具工作时,均需有桩架支持和导向,目前,通用的桩架主要是万能式桩架和履带式桩架等。静压桩机 a.优点 随着液压技术的发展,我国在20世纪70年代开始研制生产静压桩机,采用静压桩机将桩逐段压入层土,具有如下明显的优点:(1)在施工中无振动,无噪声,无污染,在城市居住密集区有明显的优越性。(2)由于桩是通过静力压入土中,桩没有受到锤击桩时所引起的拉伸应力波的冲击,因此,桩内的钢筋配置和混凝土的强度均可比柴油锤击桩小,可节约桩的工程成本。()静压桩在施工中不会对桩周边土壤产生教大的干扰。在施工完成后。根据压入过程的压力曲线可迅速计算出桩的实际承载能力。()基本上无断桩()可以直接用静压桩机对桩进行静载试验。虽然有上述优点,但静压桩机要较多的配重,整个机器的拼装,运输及工作效率仍然比打击桩低。但随着城市的发展,对噪声及泥浆污染越来越严格的限制,静压桩机将越来越受到市场的重视。b.适用范围静力压桩是借助桩架自重和桩架上的压重,或锚杆提供的反力,通过液压系统提供的压力等把桩压入土中。由于受桩架高度的限制,当桩很长时,需分节压入。桩的接头多需专门的锚接或焊接。目前,接桩的方法有硫磺胶泥作为胶粘剂的浆锚接桩法,该法配置简单,施工方便,是长桩接头的常用方法。另外是焊接法。静压桩使用于液压指数I大于0.25 的粘土和粉质粘土以及松散砂土地基中沉桩。当存在厚度大于2米的中密以上砂夹层时,不宜采用静力压桩。c.静压桩机械选择 (1)由于目前液压设备提供的反力限制,液压静力压桩机适用于承载力在2000到3000KN的桩。该法具有行走方便,施工速度快等优点而被广泛使用。(2)利用桩架自重和桩架上的压重组成的压桩机最大压力可达4000到5000KN ,对施工较长的桩和承载力要求较高的桩采用之。(3)锚杆静力压桩设备提供的反力一般较小,但该法在场地空间狭窄的地方使用,该法一般用于旧房改造等加固工程。d.设备(1)目前常用的静压设备有:800KN,900KN,1200KN,1600KN等全液压静压桩机.(2)桩架自重和桩架上的压重组成的绳索式压桩机,该种机械主要根据压重载荷情况,最大可达到400KN.(3)通过锚杆提供的反力施工的锚杆静力压桩机。关于电气控制技术 电气控制技术应用于国民经济的各行各业。从手动控制发展到自动控制,从简单的控制设备发展到复杂的控制系统,从有触点的硬接线继电器控制系统发展到以计算机为中心的上位机对下位机的监控控制系统,现代电子控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测试等许多先进的科学技术的成果。在20世纪的60年代,出现了一种能够根据生产需要,方便的改变控制程序的自动化控制装置顺序控制器,随着大规模集成电路和微处理器技术的发展,电器控制装置也有了巨大变化。当前,在工业生产的自动化控制领域,无论从国外引进的自动化生产线,还是自行设计的自动控制系统,无论是新建项目,还是旧设备的技术改造,大多用到了一种新型的控制器件可编程控制器。电气控制技术如今还呈现出相互融合、综合化、网络化和开放化的趋势。 现代可编程控制器大多都采用了通讯、网络技术,有RS232或RS485,可进行远程I/O 控制。 现场总线的兴起,促进了电气产品的智能化和可通信化,是电气控制系统从控制结构和控制功能上都发生了根本变化,它引起了底层通信技术的一次数字化革命。 可编程控制器与计算机直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络,以实现信息的交换,并可构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统,以便完成较大规模的复杂控制。 由于控制系统的可靠性日益受到人民的重视,一些公司已将自诊断技术、冗余技术、容错技术广泛应用到现有电气控制产品中,推出了高可靠性的冗余系统,并采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。科学技术的不断发展,必定会使工业生产自动化控制系统发生巨大变化。 参考书目:1桩工机械 刘古岷 王渝 胡国庆 等主编 机械工业出版社 2001年5月第一版2桩基础工程施工与组织管理 王赫 主编 中国建筑工业出版社 1997年5月第一版3电气控制与可编程控制器应用 吴晓君 杨向明 主编 中国建材工业出版社2004年2月第一版4.机械设计手册 成大先编 化学工业出版社 2000年3月出版5.机械设计手册 徐颖编 机械工业出版社 1991年1月出版6.土力学与地基工程 吉林工业大学等校编 机械工业出版社1973年7.实用电工电路通用图集 芮静康编 中国建筑出版社 1973 年出版8.传感器应用及其电路精选 张福学编 电子工业出版社 1991年4月出版9.可编程控制器教程 王兆义 编 机械工业出版社 1993年7月出版10.建设机械配套手册 冯桃新等编 机械工业出版社 1996年出版11.机电装备设计 林述温 主编 机械工业出版社 2002年4月出版12电气照明技术 谢秀颖主编 中国电力出版社 2004年出版13.电气照明技术 孙建民主编 中国建筑工业出版社 2004年出版社14. 电气照明设计 周太明等主编 复兴大学出版社 2001年出版15. 机械设备电气控制 陈绍华主编 华南理工大学出版社 2001年出版16. 电气变频调速设计技术 杜金城主编 中国电力出版社 2001年出版 17.动力与照明实用技术 乔新国 余建华主编 中国水利电出版社 1998年出版18.新标准电气工程图 何咏华 闫晓霞主编 中国水利水电出版社 1996年出版19.电工技术 张宪主编 国防工业出版社 2003年出版20.电气安全 杨岳主编 机械工业出版社 2003年出版21.电气制图与读图 何利民 尹全英主编 机械工业出版社 1993年出版22.电工技术 许泽鹏主编 人民邮电出版社 2002年出版23.电气安装技术手册 胡明忠等译 中国建筑工业出版社 2002年出版 毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径):本组研究或解决的问题是ZYZ全液压静力压桩机的电气控制系统研究手段(途径):2.1 到机房上网查阅资料2.2 到图书馆查找资料本压桩机采用液压静力将预制桩压入土中,完成吊桩、压桩的施工作业。整个机器由机身,行走机构,夹压机构,液压控制系统,电气控制系统组成。 电气控制系统主要为液压系统提供动力,对电机进行控制,为驾驶室及工作区提供照明、吹风等,以及包括电铃,电灯的报警系统。 电气控制系统主要由电机、电机控制、驾驶室电气系统等组成。毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告指导教师意见:1对“文献综述”的评语: 指导教师:郑凤琴 2005 年 3月20日所在专业审查意见: 负责人: 年 月 日南京工业大学优秀毕业设计团队YZY400全液压静力压桩机设计总 结 报 告2005.7本届毕业设计课题为基础施工机械:全液压静力压桩机。我和王东方、洪荣晶、方成刚四位不同专长的老师,设定了九个子课题。设计内容分配如下图所示。其中,静压桩机调平系统,用智能化微机控制原理实现调平以及用CAE进行钢结构强度及应力计算二个子课题为创新课题。桩机的其它结构,也是在将社会同类型桩机结构进行了分析,将不合理的结构进行了改进而设计的。.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,我们提出了一种利用PLC可编程控制器实现自动调平的系统,依靠PLC的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能节省3个劳动力,且能在桩机工作过程中进行调平,有很好的经济意义和社会意义。当前的桩机大身结构均为经验设计,既不知道哪里应力最大,也不清楚这么样的结构刚度是否满足要求,相当盲目。有的生产厂家为了降低成本,顿位很大的桩机用很薄的钢板焊成大身结构,造成280T的桩机,当工作压力为178T时大身严重开裂。为此,我们用CAE进行钢结构强度及应力计算,使我们设计的桩机结构件不但知道哪里应力大,而且知道应力的分布状态,还知道应力的大小。做到科学合理。为了实现上述两创新课题的需要, 其它的子课题也要与之作相应的结构呼应和结构协调,如调平系统需电液联动,那么,电气控制系统必须提供它需要的24v电压及相应的系统要求并设置各种开关,在机体上还必须安排若干个限位开关;液压系统需安装四只TDV 4/3 EH型电液比例液控多路换向阀及相应的系统要求等等非常规设计。为此整个课题组的大协作共协调的局面就自然形成了。根据答辩情况来看, 总体结构布局是合理的;部件之间的衔接是正确的;设计的自动调平、自动行走及自动转弯均可完善的实现。结构件通过CAE计算, 最大应力在支腿与大身联接处, 这个结论与生产实际中老机型的应用损伤情况是吻合的, 可见, CAE计算方法是正确的。通过CAE计算, 最大应力为33Mpa, 远远小于许用应力。太偏安全, 不经济。要作为生产的产品,理应进一步修改没计, 但同学们毕业时间已到, 很愦憾!这次毕业设计是团队毕业设计, 所以小组所有成员之间的沟通和协商就显得非常重要。在此期间各位小组成员充分发挥了互相协商,互相合作的团队精神,在时间比较紧张的形势下,非常成功的完成了毕业设计的任务。每一个人都付出了艰辛的劳动、流下了辛勤的汗水,同学们通过毕业设计都各有各的丰厚收获, 现抄录几段学生的体会: “这不仅仅是我们四年所学知识的体现,而且,我们在做毕业设计的过程中还学到了工作时的做事方法;很多做人的道理,懂得了无论是以后工作还是做人都要认真负责、踏踏实实、一步一个脚印,毕业设计带给我们的不仅是成功的喜悦,还有和团队一起工作的方法与团队协作的精神; “从毕业设计中,我学到了宝贵的知识,这些知识值得我用一生来珍惜。”1. 静压桩机的概况1.1 静压桩机的总体介绍 YZY400型静压桩机的构造:它由支腿平台结构、行走机构、压桩架、配重、起重机、操作室等部分组成。1.1.1 长船行走机构 为长船行走机构,它内船体,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。1.1.2 支腿平台结构 该部分内底盘、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。1.1.3 夹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。1.1.4 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1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。1.2静压桩机的优点:1.2.1 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。1.2.2 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。1.2.3 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。1.2.4 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。1.2.5 施工速度快、工效高、工期短。单机每台班可完成1215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。1.2.6 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。1.2.7 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。2 . 桩机的调平系统调平的方案,大致可以分为两类:1.基于单片机的自动调平系统。2.基于PLC的自动调平系统。本文主要是考虑到抗干扰和设计的简便,决定采用PLC作为调平系统的计算机。使用PLC,接线方便,易于编程,抗干扰性强。而使用单片机,连线比较复杂,编程较PLC比较繁琐,系统地抗干扰能力较弱。随着计算机技术的飞速发展,会有越来越先进的调平技术和调平原理出现。我们提出了一种利用PLC实现自动调平的系统,依靠PLC的计算和逻辑判断功能来指挥支腿液压缸的收缩,利用TDV 4/3 EH型电液比例液控多路换向阀,实现电液转换;利用倾角传感器传遽机身的水平状态从而实现自动调平。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。 2.1系统参数(1) 系统工作电压:830VDC(2) 液压系统最大流量:100L/min,工作压力:25Mpa. (3) 调平倾斜度范围: 3(4) 双轴传感器调平精度 :0.5 (5) 调平系统支腿安全压力:1525Mpa. (6) 系统适用温度范围:-2050 2.2 静压桩机自动调平系统设计2.2.1 多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-等)。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(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PLC系统的模拟量输入模块,通过PLC的CPU进行运算得出油缸的同步误差大小;PLC系统根据油缸的同步误差大小调用内部的PID控制子系统实现控制信号调节;调制后的控制信号由PLC模拟量输出模块送到伺服放大板上进行功率放大,最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、PLC等元器件,下面简要介绍这些元器件的选型。2.2.2 油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PLC的A/D处理模块,PLC的CPU对倾角误差进行线性化处理、PID调节后送入PLC的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: 某缸跟踪基准缸随动示意图电液比例阀的线圈回路传递函数为电液比例阀的传递函数执行元件(油缸)的传递函数没有弹性负载的四通阀控制油缸简化传递函数为:若忽略信号变送器、A/D模块及D/A模块等环节的时间常数,可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PID调节器。2.2.3 PID控制原理在工程实际中,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PID控制,又称PID调节。PID控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PID控制技术最为方便。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PID控制技术。 比例积分微分控制包含比例、积分、微分三部2.2.4 系统硬件设计2.2.4.1 根据调平原理分析控制要求 (1).传感器的布置,见下列图,用三个传感器将四个支腿连接在一起, 腿1通过pid程序和腿2始终保持水平和同时动作, 腿3通过pid程序和腿2始终保持水平和同时动作, 4腿通过pid程序和腿3始终保持水平和同时动作, (2).按下自动开关,系统进行自动调平,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).若四个调平支腿中任何一个支腿碰到下限位开关,自动调平系统停止,整个机体上升,四个换向阀全开,5s后停止上升。进入自动调平程序。 (4).四个调平支腿中任何一个支腿碰到上限位开关,自动调平程序停止,整个机体下降,四个换向阀全开,5s后停止下降。进入自动调平程序 (5).按下停止按钮,自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).自动调评程序执行过程中,手动调平按钮失效。手动调平程序执行过程中,自动调平按钮失效。 (7).整个机体水平,绿灯亮,机体倾斜,红灯亮 (8).调平误差0.5度以内。 (9).三相电动机的控制,按下电动机启动按钮,继电器1,2吸合,延时8s,继电器2断开,延时2秒,继电器3吸合。按下电动机停止按钮,继电器1,2,3全部断开。(10).按下撤收按钮,四个换向阀全开,当四个支腿碰到各自的下限位开关停止。2.2.4.2 根据控制要求确定用户所需要的输入/输出设备,确定PLC的I/O点数输入设备:1.腿1下限位开关2.腿1上限位开关3.腿2下限位开关4.腿2上限位开关5.腿3下限位开关6.腿3上限位开关7.腿4下限位开关8.腿4上限位开关9.手动控制按钮-腿1伸10.手动控制按钮-腿1缩11.手动控制按钮-腿2伸12.手动控制按钮-腿2缩13.手动控制按钮-腿3伸14.手动控制按钮-腿3缩15.手动控制按钮-腿4伸16.手动控制按钮-腿4缩17.自动控制按钮18.手动控制按钮19.油泵1输入20.油泵2输入21.传感器1输入22.传感器2输入23.传感器3输入输出设备:1.红灯2.绿灯3.油泵1控制(3点)4.油泵2控制(3点)5.伺服阀1左继电器7.伺服阀1右继电器8.伺服阀2左继电器9.伺服阀2右继电器10.伺服阀3左继电器11.伺服阀3右继电器12.伺服阀4左继电器13.伺服阀4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。2.2.4.3 选择PLC 该系统总共有数字量输入20点,模拟量输入3点,数字量输出8点,模拟量输入8点CPU选择:选择西门子S7-200 CPU224,详细资料请参阅说明书。扩展模块:数字量扩展数字量输入输出模块EM223(1)EM 223 24V DC 16 输入/16 输出和 EM223 24V DC 16 输入/16 继电器输出 2.2.4.4 分配i/o点,设计I/O连接图 输入腿1下限位开关腿1上限位开关腿2下限位开关腿2上限位开关腿3下限位开关腿3上限位开关腿4下限位开关腿4上限位开关手动控制按钮-腿1伸手动控制按钮-腿1缩手动控制按钮-腿2伸手动控制按钮-腿2缩手动控制按钮-腿3伸手动控制按钮-腿3缩手动控制按钮-腿4伸手动控制按钮-腿4缩I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1I1.2I1.3I1.4I1.5I2.0I2.1I2.2自动控制按钮手动控制按钮油泵1输入油泵2输入传感器1输入传感器2输入传感器3输入I2.3I2.4I2.5I2.6AIW0AIW2AIW4 输出:红灯绿灯油泵1控制油泵1控制油泵1控制油泵2控制油泵2控制油泵2控制伺服阀1左继电器伺服阀1右继电器伺服阀2左继电器伺服阀2右继电器伺服阀3左继电器伺服阀3右继电器伺服阀4左继电器伺服阀4右继电器Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.7AQW0AQW2AQW4AQW6AQW8AQW10AQW12AQW142.2.5 系统软件设计2.2.5.1 根据控制要求编写设计流程见图纸2.2.5.2 根据设计流程编写程序:见附录 3.电器控制系统设计 液压静压桩机采用了液压系统作为动力来进行压桩工作,因此电控系统的主要任务是对液压及其控制系统进行控制。电控系统设计又可分为强电部和弱电两个部分:强电部分主要控制液压站的主电机运转;弱电部分由可编程控制器PLC进行控制,控制内容包括主电机运转指令的给出,调平系统的运行控制等。根据液压系统的设计计算可知,系统的供油回路由两个泵组成,其驱动电机的功率分别为75KW(泵1)、220KW(泵2)。一般地,压桩机工作环境可以提供三相380V电源,所以液压系统的电机采用三相380V普通交流异步电机。三相笼式电机直接起动的控制线路简单,维修工作量小,但在起动时的电流约为额定电流的47倍。对于本系统采用的两台大容量电机,如果采用直接起动会引起电网电压降低,电机转矩减小,甚至起动困难,而且还影响同一供电网中的其它设备,因此采用降压起动,以保证起动时供电母线上的电压降不超过额定电压的10%15%。工程实际中常用的降压起动方法通常有星三角降压起动、定子串电阻降压起动和自耦变压器降压起动等。由于4KW以上的三相笼式异步电动机定子绕组在正常工作时都接成三角形,因此可以采用星三角降压起动。考虑到星形直接起动的电流仍然很大,在星形起动过程中进一步采用自耦变压器进行降压起动。起动时,电源电压加在自耦变压器的一次绕组上,电动机的定子绕组与自耦变压器的二次绕组相连,当电动机的转速接近额定值时,将自耦变压器切除,电动机直接与电源相连,在正常的三角形方式下运行。在电机星三角起动过程中需要进行延时切断,传统电路一般采用时间继电器进行控制,而本系统的弱电控制系统采用了可编程控制器,因此可以直接利用PLC的软件延时继电器来进行控制,从而省去了传统的控制元件,节省了安装空间,也提高了控制的可靠性。另一方面,在星三角转换起动中,为了防止交流接触器同时通电的意外情况发生,系统不仅在PLC中采用了星三角转换互锁,而且在硬件上(交流接触器的辅助触头)也采用了互锁控制,以保证电器系统工作的可靠性。系统的控制电路采用西门子PLC(S7200),控制信号电压为24V,因此系统中增加一个开关电源,以满足各数字量I/O、模拟量I/O以及伺服放大板的需要。根据上述设计方案可绘制出系统的控制原理图。见毕业设计图纸。3.大身结构的CAE分析3.1大身结构的有限元模型 有限元分析(FEA)是利用数学近似的方法对真实物理现象(几何及载荷工况)进行模拟的一种分析方法,也是目前求解工程问题中最为流行的数值计算方法。其基本思想是将一个连续的求解域离散化,即通过网格划分将求解域分割成彼此用节点互相联系的有限个单元,在单元体内假设近似解的模式,用有限个节点上的未知参量表征单元的特性,将各个单元的关系通过适当方法,建立组成包含节点未知参数的方程组,求解方程组,得出各节点的未知参数,利用插值函数求出近似解,是对真实情况的一种数值近似。本课题应用大型有限元分析软件ANSYS对大身结构进行分析,分析步骤为 如图1所示。图1 ANSYS计算分析过程流程图3.2 三维实体建模与有限元分析模型 有限元分析的最终目的是要还原一个实际工程系统的数学行为特征,因此有限元分析的第一步就是必须针对一个物理原型建立准确的数学模型。有限元模型的来源主要有下面四种方法:在有限元软件的前处理器中进行几何建模,再划分网格得到;从实体建模软件中引入几何模型,经修改模型和划分网格而得到;直接创建节点与网格;引入有限元模型。其中、种方法一般只适合于小型结构分析,然而,现今几乎绝大部分的有限元分析模型都用实体模型建模,对于大型复杂结构、种方法建模比较困难,目前较为流行的方法是,大型结构的有限元模型一般先通过实体建模软件建立,经适当的格式转换成为有限元分析模型。即用数学的方式表达结构的几何形状,在几何模型里面填充节点和单元,还可以在几何模型上方便地施加载荷和约束。但是几何实体模型并不参与有限元分析,所有施加在几何实体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型的节点或单元上进行求解。三维实体建模与有限元分析的关系如图2所示。图2 三维实体建模与有限元分析的关系YZY400型静压桩机大身结构全部由钢板焊接而成,是复杂的空间箱型体系。根据有限元分析的特点,在建模时进行一些必要的模型简化,即略去一些功能件和非承载件,对于结构上的孔、台阶等尽量简化,对截面特性影响不大的特征予以忽略。图3 YZY400型静压桩机大身结构有限元分析模型根据大身结构的特点,在进入ANSYS软件进行分析之前,首先通过Pro/E实体建模软件构件大身结构的三维实体模型,并将几何模型导入ANSYS软件, 利用ANSYS软件自动网格划分功能,定义单元类型为四面体实体单元(Solid93),划分网格,在支腿支处施加边界约束,在立柱联接板处施加压桩载荷,建立YZY400型静压桩机大身结构有限元分析模型如图3所示。网格划分后生成单元总数为283,271,节点总数为337,125个。3.3大身结构强度分析3.3.1 材料参数参数名数值单位杨氏模量1.96e8千帕密度7.9e-6千克/立方毫米泊松比0.33.3.2 载荷分析在建立正确的车身骨架有限元分析模型的基础上,加载边界条件,并根据实际载荷配置情况,对大身结构进行静强度计算分析。大身结构所受载荷包括自重载荷和压桩时的工作载荷,根据静压桩机的工作特点,并考虑到动载荷的影响,取计算载荷为480000kN。图4 加载后的有限元分析模型由于有限元法中内力或外力均由节点传递,在整体刚度矩阵中的载荷项均为节点载荷。因此,将上述载荷作为集中或均布载荷施加于模型中相应节点上,形成节点载荷,在大身四个支腿处施加约束并求解,进行静态分析。加载后的有限元分析模型如图4所示。3.3.3 计算结果建立有限元分析模型后,进入ANSYS求解器进行静态分析求解。计算结果如图5图8所示。图5 大身结构总体变形云图图5所示为大身结构总体变形云图,由图中可以看出,结构最大变形发生在联接立柱处,变形量约为0.81mm,说明结构刚度条件满足要求。图6所示为大身结构合成应力云图。图7为大身结构底面合成应力云图。图8为大身结构支腿处应力云图。由图8显示出,大身结构最大应力部位在支腿与大身的联接处,这与实际相符(曾有该种类型某型号静压桩机在该处发生断裂)。图6 大身结构合成应力云图最大应力部位最大应力值约为34MPa,说明结构设计偏保守,应进一步改进结构,对结构进行优化,使大身结构受力更加合理。图7 大身结构底面应力云图图8 大身结构支腿处应力云图36 摘要本次设计是YZY全液压静压桩机的电气控制系统总体设计。其主要分为以下几大部分:液压泵1、2和吊机的电器控制。电器系统要为液压系统提供动力,对电机进行控制。因为压桩机是工程机械,不论白天晚上,都要能保证其工作,所以电器系统要为驾驶室及工作区提供照明。为了使驾驶室环境的舒适,电器系统设计时还要考虑到吹风以及为整个系统提供报警等。设计时通过参观实习,并阅读大量资料,理论结合实际设计出了压桩机的电器控制系统,基本上符合设备的要求。关键词:YZY全液压静压桩机 电器控制 AbstractThis time my project is design of electrical control systerm of entirely hydraulic pressure static force pile pressing - in machine. It is divided into primarily several big parts: electrical control systerm of hydraulic pump one and two and derrick .The electrical control systerm must offering motivity for hydraulic system. Because pile pressing - in machine is construction machinery and equipment , No mater day and night ,it must can guarantee its work, electrical control systerm should offering illuminate for bridge house and work area. For making environmental comfort in bridge house, Still want when electric appliances system design in consideration of blow the breeze and the warning of total control of your System. While designing. I visited some place and looked some machine , and read a large quantity of data ,combine the theories and actual ,I have designed the electrical control systerm .It is basic to ascend the request of the equipments.Key Words : pile pressing - in machine electrical control systerm目录1. 概述 . (4) 1.1 桩工机械产生的必要条件 .(4) 1.2 桩工机械的发展简述 . (4) 1.3 部分YZY系列静力压桩机主要组成 .(5) 1.4 静力压桩机的主要特点 .(5) 1.5 静力压桩机的使用,操作要点 (5)151 静力压桩机的安装 .( 5 ) 152静力压桩机的作业要点 (6)1.6 压桩机的控制系统 .(7)2. YZY400静压桩机电器及控制系统总体设计 .(8)2.1 电器控制系统设计任务与总成 (8) 221 电动机的选择.(8)222 吊机的选择 .(8)2.2 电动机及吊机选择 .(8)2.3 控制元件的选择 .(9) 2.4 电机控制回路 .(16)3. 照明及驾驶室线路系统 .(17)3.1 照明及吹风 .(17)3.2 其它元件的选择 (18)3.2.1 旋转开关 .(18)3.2.2 变压器 (18)3.3 报警装置 .(19)3.3.1 断电报警 (19)3.3.2 油泵滤油器堵塞报警 (19)3.3.3 报警装置常见故障 .(21)3.4 驾驶室布局 .(21)4. ZY16型压桩吊 ( 23 )4.1 概述 ( 23 ) 4.2 技术参数.(24)4.3 起重机起重作业部分的主要结构原理及操纵. .(26)4.3.1 起升机构.(26)4.3.2 起升机构的操纵方法.(27)4.3.3 吊臂变幅机构 .(27)4.3.4 吊臂变幅机构操纵方法 .(27)4.3.5 回转机构的操纵方法 .(28)4.3.6 回转机构的操纵方法 .(28)4.3.7 电气系统 .(29)4.3.8 中心回转接头 (29)4.4 安全装置系统 .(30)4.5 起重机的操作事项 .(30)4.5.1 起重机的操纵装置及仪表 .(30)4.5.2 作业时注意事项 .(30)4.6 起重机的维护和保养 .(31)4.7 起重机的一般故障及排除方法.(31)结束语 .(34)致谢 (35)参考书目 .(36)1. 概述1.1 桩工机械产生的必要条件建筑物的全部载荷都要通过基础传给地基。具有足够的强度、稳定性和耐久性的基础,才能保证建筑物的安全和正常使用。根据地基的地质、地形、水文等特点,建筑物的基础大体上可分为直接基础、桩基础和沉箱基础等,其中桩基础是基础工程中应用员广泛,发展最迅速的一种基础形式。这是因为桩基础比其他形式的基础具有承载力高,适应性强,沉降量小,抗震性能好,以及施工方便等优点。加之土地使用日趋紧张的情况厂,一些工厂、房屋或其他设施,不得不建造在海边、河滩等软弱的地基上。此外,修建海上井台、大型港口和深水码头、高速公路和铁路,桥梁也都对桩基校的发展提出了新的课题。另一方面,由于桩工机械性能不断改善,品种、型号增多,又为桩基础的发展提供了有利条件。当前,桩基础正在向大型化方向发展,教大型的桩直径达23m,极限承载能力达20 x l0* 3 kN左右。桩工机械是用来完成预制桩的打人、沉入、压入、拔出或灌柱桩的成孔等作业的机械。12 桩工机械的发展简述解放前,我国没有自制桩工机械,建国初期基本建设的基础施工全部使用旧中国从国外进口遗留下的蒸气打桩机和笨重的自由落锤,桩工机械和施工方法都非常落后。“一五”期间,由于一些重点工程需要,开始测绘仿制国外310t单作用和双作用蒸气打桩机。至20世纪60年代初期,开始组建桩工机械制造行业和专业研究室。从此开始我国自行研制桩工机械的发展时期。从20世纪60年代中到70年代末15年间,桩工机械制造行业逐步发展壮大。近十多年来,由于石油工程及桥梁工程的需要,大型振动桩锤有了新的发展,如DZJ系列振动桩锤,最大激振力达1800KN,电机功率为240KN,起动力矩为0,对电网的冲击很小。国外振动桩锤主要向液压振动桩锤的方向发展,如美国的ICE系列,德国的MGF系列。液压振动桩锤可以改变振动频率,可使振锤适应桩-土壤体系的振动频率,使桩与土壤产生共振,加大力幅,使沉桩速度加快。用柴油锤和振动桩锤沉桩会产生相当大的噪声,在城市居民密集区施工时对环境影响极大。近年来,液压锤和静压桩机悄然兴起,静压桩机使用液压油顶,将桩压入土中,工作过程基本无噪声。最近常用于大城市中心地区沉桩作业。国内目前最大的静压桩机为上海生产的6000KN静压桩机。随着新技术,新设备的发展,就地灌注桩最近几十年得到了飞速发展,灌注桩的成孔有挤土和取土两种方法。目前应用较广的反循环钻机,套管钻机,回转斗钻机,旋转钻机,潜水钻机,潜水冲击锤等。另一类就地灌注桩是稳定液施工法的就地灌注桩,这类桩的成孔机械为回转斗与端螺旋钻。静力压桩机是以压桩机的自重克服沉桩过程中的阻力,当静压力超过桩周上的摩阻力时,桩就沿着压梁的轴线方向下沉,静力压桩具有无振动、无噪声的特点,适用于高压缩性的粘土或砂性较轻的亚粘上:层中,在人口密集的居民点、城市地区尤为适宜。13 部分YZY系列静力压桩机主要组成YZY系列静力压桩机主要由夹持机构、底盘平台、横向行走及回转机构、纵向行走机构、液压系统和电气系统等部分组成。14 静力压桩机的主要特点1)压桩机采用步届式行走机构,整机重心低,行动灵活,操纵方便。有辅桩工作机吊桩就位,不用另配起重机吊桩,它和主机装在一个底盘上,可随整机一起行走。2)压桩机施工时无噪声适用于市区内,尤其是医院、学校、办公楼等压桩施工。无振动、无空气污染。3)消除一般打桩机连续冲击荷载所引起的桩头和桩身的破坏。4)机上有起重机构操作方便,减少高空作业的不安全因素。5)静力压桩施工对桩身产生的应力小,可以减少混凝土顶制桩的钢筋需用量,降低工程造价。由于静力压校机具有以上特点,已被广泛应用于软土地区的工业和民用建筑t港湾码头、水工围堰、地铁等工程的桩基础施工。但是静力压桩机缺点是:和冲击式打桩机相比,其效率较低。同时对土体的适应性有一定的局限。如YZY型全液压静力压桩机只适用于PS值在40范围内软弱地基上施工;而DY80型绳索式静力压桩机只适用于流塑、软塑状态的粘土和亚粘土地基上施工。15 静力压桩机的使用,操作要点151 静力压桩机的安装1)静力压桩机的安装地点,必须按施工要求进行先期处理,使场地整平,井具有坚实的承载力。2)安装时,应特别注意两个行走机构之间的安装间距,防止底盘平台不能正确对位而导致返工。3)电源在导通前,应检查电源电压,使其保持在额定电压范围内。4)各液压管路连接时,不得将管路强行弯曲。安装过程中,应防止液压油过多流损。5)在安装配重前,必须对各紧固件进行检查,防止因紧固件未拧紧而造成构件变形。6)安装完毕后,应对整机进行试运转,特别是吊校用的起重机,应按起重机规定进行技术试验。152静力压桩机的作业要点1)压校作业中,首先要插中校位,如遇地下障碍物使桩在压人过程中倾斜时,不能用压桩机行走的方法强行纠编,应将倾斜的桩拔起,待地下障碍物清除后,重新插桩。2)桩在压入过程中,如通夹持机构和校侧打滑时,不能任意提高液压油压力,强行操作,而应找出打滑原因,采取有效措施后方可继续进行。3)由于桩的贯人阻力过大,使桩不能压至标高时,不能任意增加配重,否则会引起液压元件和构件的损坏。4)压桩中如桩顶不能最后压到设计标高时,必须将桩顶部分凿去,严禁用压桩机行走的方式,将桩强行推断。5)压桩过程中,如遇周围土体隆起,影响桩机行走时,应将桩机前方隆起的土铲除,不应强行通过,以免损坏校机行走机构。6)桩机在顶升过程中,应尽可能避免任一般形轨道压在己入土的单一的桩顶上,否则将使船形轨道因受力不均而变形。7)压桩机的电气系统必须有效的接地。作业中,电缆应有专人看护。8)压桩过程中,当桩尖碰到夹砂层时,压桩阻力可能突然增大,甚至超过压桩能力,使压桩机上拾。此时,可用最大的压桩力作用在桩顶后,采用停车的法使桩有可能缓慢穿过砂层。若有少量桩确实不能下沉到设计标高,如相差不多可截除桩头,继续慧础承台的施工。9)压桩接近设计标高时,应注意严格掌握停压时间。停压过早,补压阻力加大;停压过迟,则沉桩超过要求深度。10)压桩时,特别是压桩初期要注意桩的下沉情况,有无走位或偏斜,是否符合桩位中心位置,以便及时进行校正。如无法校正时,应拔出后重新下沉。如迢有障碍时,应予清除后重行插桩施压。11)多甘桩施上时,接桩面应距地面1m以上,以便于操作。12)尽量避免压桩中途停歇,停歇时间较长,重新起动阻力增大。13)压桩中,桩身倾斜或下沉速度突然加快时,多为桩接头失效或桩身破裂。一般可在原桩位附近补压新桩。14)当压桩阻力超过压核能力,或者由于配重调整不当,而使压桩机发生较大倾斜时,应立即采取停压措施,以免造成断桩或压桩架倾倒事故。15)压桩机行走时,长、短船形轨道和水平坡度不可超过5。纵向行走时,不可单向操作一个手柄,应两个手柄一起动作。16)作业完毕应将短船运行至中间位置,停放在乎整地面上,其余液压缸应全部回程缩进,起重机吊钩应升至最上部,并应使各部制动生效,最后应将外露活塞杆擦干净。17)作业后,应将各控制器故在“零位”,并依次切断各部电源,锁闭门宙,冬季应放尽各部积水。18)转移工地时,应按规定程序拆卸后,用汽车装运。所有油管接头处应加闷头螺栓,防止尘土进入。液压软管不得强行弯曲。16 压桩机的控制系统两个电动机通过自动电控延时起动后,分别带动两个液压泵同时工作。此时,各执行机构并不动作,集成油路系统为常开式和各路相通,使液压泵输出的压力油经集成油路系统无负荷流回油箱,实现电动机空载起动。当需要任何一个执行机构的液压缸工作时,只要操纵相应的电开关,使集成油路系统小电液阀通电后动作,此时变常开式回路为闭合回路状态。油压升到大于额定工作压力时,由集成油路系统中的送流阀卸裁,压力油液回油箱。因此,整个液压系统的工作是通过电控换向阀去执行的,而压桩机的纵向和横向行走以及底盘平台的顶升是依靠手动多路阀控制的。2. YZY400静压桩机电器及控制系统总体设计 21 电器控制系统设计任务与组成2.1.1 设计任务本次设计任务是YZY400静压桩机电器及控制系统总体设计。本压桩机采用液压静力将预制桩分段压入土层中,完成吊桩、压桩的施工作业,如遇到加沙层等静压压不下去时,就利用振冲振冲一下,待穿过特种层后继续用静压压桩。整个机构由机身、导向压桩架及压桩机构、起重及升降机构、纵向移动机构、横向移动回转机构、液压及电器控制机构组成。由于是工程机械,承受的工作载荷大,所以工作机构多采用液压系统。电器系统主要为液压系统提供动力,对电机进行控制,为驾驶室及工作区提供照明、吹风以及为整个系统提供报警等。另外,由于压桩机的工作特点,压桩时要求桩与水平线保持垂直,即机身要保持水平,进行调平。但是目前国内各种型号的压桩机都是采用手动控制,其中调平更为不方便,降低了效率。传统方法调平时,首先用经纬仪测量纵横方向的倾斜;然后再通过手动液压阀调平,效率低、精度不高,增加施工周期。因此本设计拟采用电液比例阀自动调平系统来实现自动调平,以解决传统调平中所遇到的问题。本人此次设计的电器及控制系统主要由电机、电机控制、驾驶室电气控制、照明及报警系统等组成。2.1.2 总体设计液压静压桩机采用了液压系统作为动力来进行压桩工作,因此电控系统的主要任务是对液压及其控制系统进行控制。电控系统设计又可分为强电部和弱电两个部分:强电部分主要控制液压站的主电机运转;弱电部分由可编程控制器PLC进行控制,控制内容包括主电机运转指令的给出,调平系统的运行控制等。根据液压系统的设计计算可知,系统的供油回路由两个泵组成,其驱动电机的功率分别为75KW(泵1)、220KW(泵2)。一般地,压桩机工作环境可以提供三相380V电源,所以液压系统的电机采用三相380V普通交流异步电机。三相笼式电机直接起动的控制线路简单,维修工作量小,但在起动时的电流约为额定电流的47倍。对于本系统采用的两台大容量电机,如果采用直接起动会引起电网电压降低,电机转矩减小,甚至起动困难,而且还影响同一供电网中的其它设备,因此采用降压起动,以保证起动时供电母线上的电压降不超过额定电压的10%15%。工程实际中常用的降压起动方法通常有星三角降压起动、定子串电阻降压起动和自耦变压器降压起动等。由于4KW以上的三相笼式异步电动机定子绕组在正常工作时都接成三角形,因此可以采用星三角降压起动。考虑到星形直接起动的电流仍然很大,在星形起动过程中进一步采用自耦变压器进行降压起动。起动时,电源电压加在自耦变压器的一次绕组上,电动机的定子绕组与自耦变压器的二次绕组相连,当电动机的转速接近额定值时,将自耦变压器切除,电动机直接与电源相连,在正常的三角形方式下运行。在电机星三角起动过程中需要进行延时切断,传统电路一般采用时间继电器进行控制,而本系统的弱电控制系统采用了可编程控制器,因此可以直接利用PLC的软件延时继电器来进行控制,从而省去了传统的控制元件,节省了安装空间,也提高了控制的可靠性。另一方面,在星三角转换起动中,为了防止交流接触器同时通电的意外情况发生,系统不仅在PLC中采用了星三角转换互锁,而且在硬件上(交流接触器的辅助触头)也采用了互锁控制,以保证电器系统工作的可靠性。系统的控制电路采用西门子PLC(S7200),控制信号电压为24V,因此系统中增加一个开关电源,以满足各数字量I/O、模拟量I/O以及伺服放大板的需要。根据上述设计方案可绘制出系统的控制原理图,见毕业设计附图。22 电动机及吊机选择221 电动机的选择根据液压系统的要求可计算出油泵电机1、2的相关参数,参数主要包括电机功率、转速和供电电源等,同时考虑到电动机的安装大小尺寸,查机械设计手册第五册得:泵1用电机选用Y250S-4型电动机,泵2选用Y315M3-4型电动机,其具体参数见下表:表2.1 电动机型号型号额定功率 满载时堵转电流额定电流堵转转矩额定转矩噪声重量转速额定电流效率功率因 数KWr/minA%db(A)kgY250S-475148014192088682093330Y315M3-42201483413940886514103820222 吊机的选择吊机作用是用来完成把压入土层中的桩吊起的动作。本次设计的YZY400静压桩机的吊机是外购广东力士通机械股份有限公司生产的ZY16型压桩吊。粤工牌型起重机,是全回转、伸缩动臂式液压起重机。最大起重量为16t,最大起重力矩为470KNM。吊臂采用一级伸缩臂,可任意伸缩,作业效率高。使用最长臂工作时的起重量为5t,最大起升高度为14m。详细信息见附录。23 控制元件的选择根据实际选用低压断路器。低压断路器主要用于600V以下,频率50HZ,功率50KW以下的电动机或线路过载及短路保护用。1)电源因两电动机都采用Y系列三相交流异步电动机,所以都连接在380 V交流电源上。对电动机及总电源开关,首先考虑用手动开关。主令开关在电器线路中,作为不频繁的接触器或断开电路的手动开关。电动机选用交流接触器作为电源开关。交流接触器是电力和自动控制系统中应用最为普遍的一种电器。接触器生产方便、生产量大、成本低廉,可以频繁远距离接触和断开交直流主电路和大容量控制电路,是电力拖动、控制电路的重要元件。和刀开关相比较,接触器具有远距离操作功能和失压保护功能。和自动开关相比较,接触器不能切断短路电流,无过载保护功能。应该注意的是,交流接触器启动电流大,线圈容易发热,若铁心气隙大,电抗小,启动电流更增大,可高达工作电流的几十倍。若机械卡死,线圈电流也会很大。另外,交流接触器的实际工作电压应在85105额定电流电压时使用。若电压过高,磁路饱和,或电压过低,使电磁吸力不够。衔铁吸不上,或错接在直流电源上,都将导致线圈电流增大,轻则使温度升高,重则烧毁线圈。根据控制功率大小及辅助触点的要求可以选取以下的交流接触器:泵1选用CJ10-150型交流接触器,泵2选用 CJ20-400型交流接触器,总电源选CJ40-400型交流接触器.用具体技术参数见下表:表2.2 接触器型号型号额定电压额定电流380A-C可控制电动机最大功率机械寿命外形尺寸主触头辅触头VKW(10*4)次CJ10-150380150575300222x230x155CJ20-400380315200300190x235x230CJ40-4003804002203002) 自动开关自动开关又称自动空气断路器,当电路发生严重过载、短路及失压等故障时,即自动切断故障电路,有效地保护串接在它后面的电气设备。在正常情况下,可用于不频繁地接通和断开电路及控制电动机。因此,自动开关是低压电路常用的具有保护环节的开关电器。自动开关按其用途及结构特点可分为框架式自动开关,塑料外壳式自动开关。框架式自动开关主要用作配电网络的保护开关,而塑料外壳式自动开关除可用作配电网络的保护开关外,还可用作电动机,照明电路及电热电路的控制开关。工程应用较多的是塑料外壳式自动开关(又称装置式自动开关)。其主要产品有DZ5、DZ9、DZ10等系列。在一般情况下,保护电动机选用DZ系列,可根据电流负载大小进行选取,如QTZ63塔式起重机选用的DZ10保护变压器及配电线路选用DW系列。本控制系统所选用的空气开关型号见附图明细表。3)按钮的选择按钮是一种专门发号施令的电器,用以接通或断开控制回路中的电流。下图所示是按钮开关的结构示意图与图形符号。按下按钮l,使触头4闭合而使触头3断开,从而同时控制了两条电路;松开按钮,则在弹簧2的作用下使触头恢复原位。按钮开关的文字符号用SB表示。按钮可用于电动机的“启动”和“停止”以及“正、反、停”的控制。为了便于识别各个按钮的作用,避免误操作,将按钮1做成不同的颜色以示区别,一般常以红色表示“停止”按钮,绿色或黑色表示“启动”按钮。常用的按钮有LA18、LAl9、LA20等型号。本次设计TA0,TA1,TA2,QA1,QA2,QA3选用LAY1-11型按钮。4) 熔断器熔断器是一种结构简单,使用方便,价格低廉的保护电器。它常同所保护的电路串联,当电路发生过载或短路故障时,通过熔体的电流达到或超过一定值,熔体发热,致使熔体熔断,切断电路,起到保护电器设备的作用。电器设备的电流保护有过载延时保护和短路瞬时保护两种形式。过载保护需要反时限制性,短路保护则需要瞬时保护特性。过载保护要求熔化系数小,发热时间常数大,但也不同于热继电器的过载保护;短路保护要求较大的电流系数,较小的发热时间常数,较高的分断能力和较低的工作电压。过载动作过程主要是热熔化过程,而短路主要是电弧的熄灭过程。在熔断器的选用上:a) 当只有一台电动机负载时,考虑到电动机启动时也不应熔断,所以计算式为: Ier=(1.52.5)Ied (1) I er-熔体的额定电流(A) I ed-电动机的额定电流(A)b) 当用于照明或电热设备,以及一般的控制电路时,因此类负载电流比较平稳,所以,熔体的额定电流应等于或稍大于负载的额定电流,即 I.er=Ied (2)本系统两台电动机的额定电流分别为140A ,361A,电动机控制电路中驱动线圈、继电器的额定电流多为5 A。电动机电路选用RL1B-550型熔断器, 照明及驾驶室电路选用RL1B-15型熔断器, 主电路选用RL1B-600型熔断器。另外应注意的是,采用熔断器保护虽具有结构简单,价格低廉,维护方便等特点,但也有局限性。主要是更换比较麻烦。故适用于负载波动不大,事故不多的场合。在负载波动大且事故多的场合,宜采用快速自动开关代替熔断器。5) 热继电器热继电器作为电动机过载保护,常用于三相异步电动机的控制与保护,由热元件和辅助接点组成。热元件整定电流需按照电动机的额定电流来选择。一般用于电气设备(主要是电动机)过载保护用的热继电器种类很多,但使用最多的是双金属片式热继电器。它结构简单,体积较小,成本比较低,具有较好的反时限特性。双金属片式热继电器由电加热元件、双金属片、触头和机械机构几部分组成加热元件也为量测机构,能反映电动机 I2t 的变化。电动机正常启动时,热继电器不应动作,但长期过载,即I2t达到一定值时,热继电器应该动作,切断控制电路,使电动机停止供电,以保护电动机。双金属片是由两片膨胀系数不同,温升时向膨胀系数小的方向弯曲,当弯曲到一定程度时,弹簧就使触头脱开。电流越大,热量越大,双金属片动作越快,触头打开越快,所以,热继器的电流和时间反时限特性,如图示。两电动机的额定电流分别为140A,361A,都选用JR20-16型热继电器。在热继电器的使用中应注意下列几个问题:a)热继电器电流等级很少,但热元件编号很多,使用时应首先使热元件的电流与电动机的电流相适应。b)热继电器可调成手动复位,对重要的设备,在热继电器动作之后,必须检查情况和原因后才能再扣时,宜采用手动复位;若可以认定是过载的可能性较大,或热继电器安装在远离操作地点时,宜采用自动复位方式。c)热继电器周围介质的温度在原则上应和电动机周围介质的温度相同,否则会破坏已调好的配合情况。d)热继电器安装在其它电器的下方,以免其动作特性受到其它电器发热的影响。e)在使用中应每年对热继电器通电检验一次,并应注意在设备短路故障中,检验热元件和双金属片是否发生永久变形,应进行通电校验,以保证热继电器动作的准确性,起到可靠的过载保护作用。6)中间继电器选用中间继电器在控制电路中起信号放大作用或将信号同时传输给数个有关控制元件,起增加控制回路数的作用。本次设计的选用JZ14型中间继电器,其具体参数见下表:表2.5 中间继电器型号型号吸引线圈额定电压触电额定电流触电数量机械寿命电寿命Un/vIn/A常开常闭/万次/万次JZ143801044300307) 其它元件的选择在控制回路中电源的接通,电机的起停都由按钮来实现,选择合适的按钮可使操作更方便。这里选用LA19-1A/D 、LA19-11A/J型按钮,额定电压交流380V,额定电流5A,按钮带有指示灯。其中四个电源接通按钮指示灯都为蓝色,停止按钮无指示灯,为红色。泵1、泵2的启动、停止同样。吊机的升降按钮为蓝色和绿色的指示灯,停止按钮同样无指示灯,为红色。3. 照明及驾驶室线路系统3.1 照明及吹风为了使静压桩机能在晚上或者照明条件不好时工作,机器设置了照明系统。首先,驾驶室的照明应保证能看清控制面板与工作资料,但又不能过亮,过亮使驾驶员感觉不适,且不能看清外面的工作现场,所以选择40W的荧光灯,型号为YZ40 。驾驶室外工作环境为露天,对照明要求较高,不仅需照度达标,而且要对环境适应能力要强,选用高压汞灯,因为高压汞灯表面亮度较大,耐震性能好,受环境温度的影响较小。对机身工作平台的照明选用GGY400型荧光高压汞灯;对机身下面,桩与地面接触区也需照明,选用 GGY250型荧光高压汞灯。此外,还需在压桩架顶悬挂一照明灯,以照亮整个压桩架,选用NG700型高压钠灯,采用投射方式。高压钠灯比高压汞灯亮度更高,可给工作场提供充足的照明。所选灯的具体技术参数见下表:表3.1 灯的型号型号功率额定电压额定电流平均寿命WVAhYZ40402200.413000GGY4004002204.63000GGY2502502201.23000NG7007002205.453000因压桩机的工作场所为室外,工作条件受温度影响大,为给工作人员提供较好的工作条件,并考虑经济性因素,将驾驶室设计为简单、安静型。天气热时,采用打开门窗自然通风或装置小型风扇强制通风,风扇为外购JA型直径300mm的吊扇。而天气寒冷需采暖时,则可使热油液经过驾驶室来散发热量。另外,在驾驶室内还设置了220V交流插座,以方便一些需临时使用。3.2 其它元件的选择3.2.1 旋转开关对风扇、电灯、调平系统的启动、震冲系统的启动,都只需开关两种位置,且控制的容量较小,无需按钮与交流接触器,且操作简单明了。这里选用HZ5-10型旋转开关。HZ5-10系列的接触系统采用双断点对接式动静触点,它应装嵌在触头上,依靠手柄旋转六方轴上的凸轮控制动静触点的通断。定位系统采用辐射式滚轮卡棘轮结构,装配不同的限位件,可获得三位式的定位状态。具体技术参数见下表: 表3.2 旋转开关型号型号额定电压额定电流控制功率电寿命(万次)机械寿命(万次)VAKW电源用控制电机用HZ5-10220101.7420203.2.2 变压器因为此次设计电动机负载采用了三相三线制,所以,当需要220V交流电时,需要安装变压器将380V220V。选用系列单相变压器,主要用于交流50HZ、500V以下的电路中。起结构为单相绕组开启式或带防护外壳式。根据工作环境,选用带防护外壳式。由于线路工作负载较多,所以选用BK-1500型,具体技术数据见下表: 表3.3 变压器型号型号容量铁芯尺寸规格总匝数导线直径伏安mmmmBK-1500150064x106380/220232/1371.68/1.953.3 报警装置压桩机在工作过程中会遇到一些突发情况要处理,如果这些情况又不易被工作人员直接观察到,就容易发生危险,故需要一些装置来提醒工作人员处理。报警装置是为了保证工程建设机械行车与作业安全和提高机械的工作可靠性。报警装置般由传感器和红色警告灯组成。3.3.1 断电报警当总电源因某种原因被切断时,断电报警灯将亮起,表示电源被切断,其电路示意图如右: 平时当有电时,中间继电器KA 使动断触点断开,则报警灯不亮。而当电源断开时,电容C放电,中间继电器KA失电,动断触点闭合,报警灯亮,表示电源断电。 3.3.2 油泵滤油器堵塞报警油泵在吸油路上设置了滤油器,是为了过滤掉油中的杂质。以利于工作机构工作,但当杂质累计到一定程度,或突然过多时,油泵滤油器就会堵塞,导致油泵无法送油,油泵工作腔压力增大,工作机构停止运动,危险性很大。这时,不仅要报警告知工作人员,还要立即切断对油泵提供动力的电动机电源。滤油器堵塞报警通过压阻式压力传感器发讯,其结构示意图如下所示: 图4 传感器示意图其工作原理是利用硅片上懂得选择性扩散制成的应变计区,其电阻值随晶体内的应力而变的现象。从半导体物性角度看,则是由于应力的作用,使半导体晶体内的能带结构发生变化,从而改变了载流子的密度和迁移率。之所以采用这种类型的传感器,是因为此设计中的液压换向阀均采用O型中位机能。当换向阀处于中位时,泵不卸荷,且进油路保压。而执行机构动作时,进油路上的压力也不会很低。除非滤油器堵塞,泵机供油无法上升,进油管中压力会不正常下降,当达到一定值时,会使压阻式传感器反应。发出警报并切断驱动电机的电源。具体选用KYX型压阻式压力传感器。具体技术数据如下 表3.4 传感器型号型号量程精度满量程输出工作温度范围MPA%FsKYX350.10.540mv3080其工作过程为:当泵1的交流接触器得电闭合时,为报警作好准备,这时,如果传感器发出信号则其在报警线路上的常开触点闭合,报警亮起,同时中间继电器得电,其在泵1控制回路上的常闭触点断开,交流接触器的线圈失电,电动机断电,泵停止运动,。需再按下启动按钮电动机才能启动。对泵2也是一样。3.3.3报警装置常见故障 报警装置常见故障有报警装置不工作和工作不正常等。1)报警装置不工作报警装置不工作,是指报警装置在各种情况下始终不工作。a)原因。报警装置不工作的主要原因有:保险装置及线路断路;报警装置和报警开关有故障等。b)诊断与排除。所有报警装置都不工作和个别报警装置不工作故障的诊断与排除方法如下:所有报警装置都不工作,通常是由于保险装置、稳压电源有故障,或电源线路断路等引起的。此时可以先检查保险装置是否正常,再检查线头有无脱落、松动及电源线路是否正常,最后检修稳压电源的顺序进行检修;个别报警装置不工作,一般是由于报警装置、报警开关故障,或对应线路断路等引起的。此时可以按先检查线头有天脱落、松动,再检查报警开关,最后对报警装置的顺序进行检修。2) 报警装置工作不正常报警装置工作不正常,是指报警装置不能及时或适时地工作。a)原因。报警装置工作不正常故障的主要原因有报警装置控制电路或报警开关有故障等。b)诊断与排除。可用检测设备检查报警装置和报警开关在规定条件下能否正常工作。 3.4 驾驶室布局YZY400型静压桩机虽具有一定的自动功能,但主要的操作还是要由人来完成。工作人员是整台机器的中枢机构,为了便于工作人员操作使用,要将主要操作功能集成于驾驶室的控制面板上。考虑到经济因素,本驾驶室为简易型。采用人体工程学原理设计控制平台的高度、宽度、坐椅位置与整个驾驶室的长、宽、高。为使工作人员在工作中具有广阔的视野,驾驶室正面及侧面都设置了大玻璃窗。另外,为使工作环境适宜工作,还安装了吹风与取暖设备,以下简述控制面板的构成。对于手动式液压换向阀,将其全部集中于驾驶室,并排放置。同时操作杆也并排排列,如右图示:从左至右依次为:1、2 长船水平移动的浮动缸,用于调整升降液压缸的受力。1为左手边的,2为右手边的。3 机架调节缸,用于机架的起竖与放下,向前推为竖起,向后推为放下。 图5 阀示意图4、5 机身纵移液压缸,左右布置与液压缸放置统一,向前推为前移,先后为后移。6 压桩缸控制,向前为下压,向后为提升。7、8 机身横移,向前为向左,向后为向右。9、10 机身进行旋转后短船复位缸。11 机架上横梁中档块的伸缩缸,向前为伸出,向后为缩回。在液压平台的右侧,为方便工作人员操纵电器设备,设置一高于液压控制平台的控制面板。并依使用频率安排距工作人员的远近。如图:图6 表及灯示意图在液压面板的水平部分为调定液压系统溢流阀压力的四个压力表。在液压面板的倾斜部分,最左边一列为报警灯。从上至下依次为断电报警、泵1滤油器堵塞报警、泵2滤油器堵塞报警。在右边,从上至下依次为:前两排 旋转开关,具通断两种位置。从左至右,从上至下:驾驶室照明、机身平台照明、压桩区照明、机架顶灯照明、吹风设施开关、振冲启动开关、调平系统启动开关。3、4排 电源内接通,断开按钮。从左至右,从上至下:总电源起闭、泵1电源起闭、泵2电源起闭、吊机电源起闭。要接通电源,按上排按钮,要断开电源,按下排按钮。5 排 从左至右:泵1起停、泵2起停。左边带指示灯为启动。右边无指示灯为停止。6 排 从左至右:吊机正转上升,吊机停转,吊机反转下降。7 排 从左至右:压桩机上升,升降停止,压桩机下降。4 ZY16型压桩吊4.1概述粤工牌ZY16 型起重机,是全回转,伸缩,动臂式液压起重机。其最大起重量为16t,最大起重力矩470KNm 。吊臂采用一级伸缩臂,可任意伸缩。作业效率高。使用最长臂工作时的起重量为5t,最大起升高度为14m。 起重机的吊臂变幅、伸缩、回转和起升,全部采用液压驱动和操纵。具有结构紧凑,操作灵活,工作平稳,无级调速,微动性好等特点。在液压系统中,设有安全阀、平衡阀、液压锁、溢流阀和双向缓冲阀等安全装置,防止系统压力过载,或油管破裂而产生的意外事故的发生。本起重机安装有起升高度限位器,重量和幅度指示等安全装置及安全照明,以保护操作安全和便于夜间作业。4.2 技术参数 表4.1 起重机的主要技术参数项目参数外形尺寸总长m11.67宽度m2.50总高m2.03起重机用钢丝绳型号6T(29)-7X7-1680N-176右直径mm14长度m189 表4.2 油泵油马达参数型号理论排量工作压力工作转速用途最高许用值额定使用值最高许用值额定使用值CBZ2050/03250/32302525002000主油泵A6V80Ha2Fz113280403230002000起升马达XB-F4040282025002000回转马达 表4.3 起重机工作转速吊钧起升速度(倍率)(第四层)(空载)15转台回转速度r/min3伸、缩臂时间(空载)(s)全伸50全缩19起、落臂时间(空载)(s)全和起臂40全和落臂18 表4.4 起重机用液压油和润滑油项目油泵名称规格单位数量液压系统液压油缸YC-N46磨液压油L550起升机构卷扬减速机90号极压型工业齿轮油L1.5回转机构减速机90号极压型工业齿轮油L3运动件及钢丝绳润滑油ZG3钙基润滑油kg2表4.5 起重机的油缸参数液压油缸名称油缸内径(mm)活塞杆外径(mm)活塞行程(mm)每台数量(个)密封形式变幅油缸14010021502“UPiA”O”伸缩油缸12510067001“UPiA”O” 表4.6 起重机起重量和起升高度表幅度m基本臂 8.00中长臂全伸臂起重量t起升高度m起重量t起升高度m起重量 t起升高度m3.016.006.8512.0010.509.0014.003.515.006.5811.8010.308.6013.854.014.256.2511.3010.008.2013.704.513.105.8710.809.707.8013.505.011.005.4510.109.407.4013.305.59.004.959.409.207.0013.106.07.474.348.109.006.6012.856.56.323.606.958.606.1012.607.05.422.646.058.155.6012.327.55.357.605.2012.028.04.767.154.8411.688.54.256.704.3711.329.03.805.903.9510.929.53.455.103.5910.50103.154.133.2710.30112.768.90122.367.65132.005.6213.51.704.434.3 起重机起重作业部分的主要结构原理及操纵4.3.1起升机构起升机构由液压马达带动常闭式制动器的卷扬减速机、卷筒、钢丝绳和钓钩组成。当压力油经过换向阀,供给液压马达的同时,通过一个双向梭阀进入常闭式制动器的油缸腔,推动活塞,使制动器打开,液压马达开始驱动减速机带动卷筒,而钢丝绳一端系于卷筒,因此通过换向阀操纵,使卷筒正反转,把钢丝绳卷上或放出,实现重物的起升和下降。 图7 起升机构4.3.2 起升机构的操纵方法 起升机构的操作手柄设置在操纵室内。当起吊重物时,应按下列顺序进行。 1)起升 操纵手柄向后拉,吊钩升起。 2)下降 操纵手柄向前推,吊钩下降。 3)停止 操纵手柄处于中位,吊机提高站不动。 4)当由“起升”转为“下降”位,或由“下降”转为“起升”说,严禁止急剧转换,转换时,应该一度将手柄处于中位,确定卷筒停止转动后,方可换向操纵,以勉机件损坏。 5)起升或下降速度由脚踏油门调节。 6)吊钩起升超过高度,操纵室内报警,同时停止起升,此时只能向下降方向操纵。4.3.3 吊臂变幅机构 吊臂变幅机构是以转台设置的变幅座作支点,安装两个变幅油缸联结于吊臂的缸座孔上。通过变幅操纵,使两个变幅油腔滑缸伸出或缩回,从而使吊臂仰角增大或减小,随着吊臂仰角增大,则工作幅度减小,而吊臂仰角减小,则工作幅度增大。由于液压系统中设置有平衡阀,保证吊臂下降平稳,并能可靠地停留在任意位置。4.3.4 吊臂变幅机构操纵方法 1)变幅起臂,把操纵手柄向后拉,吊臂上仰,仰角增大,幅度减小。 2)变幅落臂,把操纵手柄向前推,吊臂下降,幅度增大。 3)停止,把操纵手柄位于中位,吊臂停止。 4)变幅操纵应当稳定,急剧操纵会给整机造成很大冲击。5)吊起重物之后,应尽量避免操纵变幅落臂,而增大工作幅度,引起过载而倾翻。4.3.5 回转机构的操纵方法 回转机构由液压马达、回转减速机、制动器、小齿轮和回转支撑等组成。液压马达制动器和小齿轮装于减速机上,并将减速机装于转台的特定位置,保证小齿轮和内齿滚圈啮合,通过操纵回转换向阀,使液压油进入液压马达并打开制动器,从而驱动上车作正反全回转。图8 变幅操纵4.3.6 回转机构的操纵方法 1)左转,操纵手柄向后拉,转台向左回转。 2)右转,操纵手柄向前推,转台向右回转。 3)停止,操纵手柄位于中位,转台停止回转。 4)回转操纵时,应缓慢平稳进行,特别吊重、大物体时,更应缓慢运转。5)当吊载改变回转方向时,必须将操纵手柄一度置于中位,待停稳以后,方可作换向操作。以防止被吊物体摆动过大,造成整机受冲击而发生事故。4.3.7 电气系统电气系统为单线制,负极搭铁,电源为24 伏。由下车向上车输送电源是通过中心回转接头的导电环连接而输送的。 图9 上车电气原理1按钮开关 2卸荷阀 3工作灯 4单挡开关 5仪表灯 6双向开关 8喇叭开关 9单向开关 10直流风扇 11保险器 12上车点火 13回转接头 14讯响器 15顶灯 16卷线盒 17限位开关 18微动开关4.3.8 中心回转接头 中心回转接头,是由钢套筒、导电环、盖板和电刷座等组成。回转中心上设有若干油路通经及环形槽,以导通上下车之间高压油。环行槽之间是由O形密封圈及挡圈隔开密封,以保证各通道的高压力油互不干扰/导电环设置在回转中心的上部,通过电刷座将电源导于上车,和在上车操纵室向发动机点火发动。回转中心与汽车底架相连,钢套筒则由焊装在导台上的挡块驱动,随转台一起回转。将下车高压油、电流等传递到上车,以保证上车时的各种动力。4.4 安全装置系统本起重机有较为完善的安全保护装置,以保证在起重作业中安全可靠。在意外情况下,以保证机件不被损坏,或告知操作者注意。1)液压系统中各溢流阀控制系统中发生异常高压,保护系统不至于处于过载状态,防止液压油泵和油马达等元件的损坏。2) 吊臂伸缩安全装置吊臂伸缩油缸的液压回路中,装置了平衡阀,当油缸回路的油管一旦发生意外断裂时,控制液压回路中平衡阀就会锁闭来自油缸下腔的压力油,保证吊臂不会自行缩回。3)吊臂变幅安全装
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本文标题:全液压静压桩机的电气控制系统设计【优秀机械毕业设计@word+25张CAD全套图纸】
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