JD01-016@YZY400型静压桩机设计(完整设计）
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：492280
类型：共享资源
大小：11.27MB
格式：ZIP
上传时间：2015-11-06
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
30
积分
- 关 键 词：
-
机械毕业设计全套
- 资源描述：
-
JD01-016@YZY400型静压桩机设计(完整设计）,机械毕业设计全套
- 内容简介：
-
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 nts本届毕业设计课题为基础施工机械 : 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。 4 0 0 静 压 桩 机 设 计压桩机构设计夹紧机构设计横向移动及回转机构设计纵向移动机构设计自动行走系统设计液压系统设计电气控制系统设计总 体 设 计设计计算大身结构设计智能化调平系统设计nts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nts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nts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 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。 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nts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： 8 30VDC (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 :15 25Mpa. (6) 系统适用温度范围： -20 50 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 : nts 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nts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： P s倾 角 传 感 器变 送 器 A / D 转 换C P U 控 制 模 块 H M ID / A 转 换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 sTi1 1电液比例 阀的传递函数 svsvsvsv KsCsMsG 2 1)( 执行元件（油缸）的传递函数 yggyygyg VsCsMsG 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()()(2212ssssFsAKsXAKsXhhhLpcevpqp 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nts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nts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 nts16.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 nts 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 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I2.0 I2.1 I2.2 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 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 AIW0 AIW2 AIW4 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 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 AQW0 AQW2 AQW4 AQW6 AQW8 AQW10 AQW12 AQW14 2.2.5 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： nts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 4 7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（ S7 200），控制信号电压为 24V，因此nts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nts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。 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， 图 3 YZY400 型静压桩机大身结构有限元分析模型 nts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 0.3 3.3.2 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。 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 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 4 加载后的有限元分析模型 图 5 大身结构总体变形云图 nts 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）。 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 6 大身结构合成应力云图 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 最大应力部位 nts 1 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 Summary Key Words : pile pressing - in machine electrical control systerm 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. nts 2 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 ) nts 3 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） nts 4 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 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nts 5 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nts 6 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。 nts 7 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。 nts 8 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。 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nts 9 定电流的 4 7 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（ S7 200），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。 2 2 电动机及吊机选择 2 2 1 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： nts 10 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 KW r/min A % db(A) kg Y250S-4 75 1480 141 92 0 88 6 8 2 0 93 330 Y315M3-4 220 1483 413 94 0 88 6 5 1 4 103 820 2 2 2 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。 2 3 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nts 11 会很大。另外，交流接触器的实际工作电压应在 85 105 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 V KW (10*4)次 CJ10-150 380 150 5 75 300 222x230x155 CJ20-400 380 315 200 300 190x235x230 CJ40-400 380 400 220 300 2） 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nts 12 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) nts 13 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nts 14 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/v In/A 常开 常闭 /万次 /万次 JZ14 380 10 4 4 300 30 7) 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。 nts 15 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 W V A h YZ40 40 220 0.41 3000 GGY400 400 220 4.6 3000 GGY250 250 220 1.2 3000 NG700 700 220 5.45 3000 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，nts 16 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） V A KW 电源用 控制电机用 HZ5-10 220 10 1.7 4 20 20 3.2.2 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 mm mm BK-1500 1500 64x106 380/220 232/137 1.68/1.95 3.3 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 nts 17 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 %Fs KYX 35 0.10.5 40mv 3080 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 nts 18 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。 nts 19 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nts 20 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。 nts 21 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 m 11.67 宽度 m 2.50 总高 m 2.03 起重机用钢丝绳 型号 6T(29)-7X7-1680N-176 右 直径 mm 14 长度 m 189 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 CBZ2050/032 50/32 30 25 2500 2000 主油泵 A6V80Ha2Fz1132 80 40 32 3000 2000 起升马达 XB-F40 40 28 20 2500 2000 回转马达 表 4.3 起重机工作转
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号