【JX152】YZY全液压静压桩机的电气控制系统总体设计[KT]
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毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名： 郑田田 学 号： 410102 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： 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 7408 94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 。 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 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 列振动桩锤，最大激振力达 1800机功率为240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 列，德国的 列。液压振动桩锤可以改变振动频率，可使振锤 适应桩 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 6000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 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。 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 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。 (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 3000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 5000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。 (1)目前常用的静压设备有： 80000200600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 4003)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 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 液压静力压桩机的电气控制系统 研究手段 （途径） ： 机房上网查阅资料 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 摘要 本次设计是 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： 液压静压桩机 电器控制 in my is of in It is of in is No it in in of of of I a of I It is to of 目录 1. 概述 . （ 4） 桩工机械产生的必要条件 . （ 4） 桩工机械的发展简述 . （ 4） 部分 列静力压桩机主要组成 . （ 5） 静力压桩机的主要特点 . （ 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） 压桩机的控制系统 . （ 7） 2. 压桩机电器及控制系统总体设计 .（ 8） 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） 电动机及吊机选择 . （ 8） 控制元件的选择 . （ 9） 电机控制回路 .（ 16） 3. 照明及驾驶室线路系统 .（ 17） 照明及吹风 . （ 17） 其它元件的选择 （ 18） 旋转开关 .（ 18） 变压器 （ 18） 报警装置 .（ 19） 断电报警 （ 19） 油泵滤油器堵塞报警 （ 19） 警装置 常见故障 .（ 21） 驾驶室布局 . （ 21） 4. 压桩吊 ( 23 ) 概述 ( 23 ) 技术参数 .(24) 起重机起重作业部分的主要结构原理及操纵 . .(26) 起 升机构 .(26) 起升机构的操纵方法 .(27) 吊臂变幅机构 .(27) 吊臂变幅机构操纵方法 .(27) 回转机构的操纵方法 .(28) 回转机构的操纵方法 .(28) 电气系统 .(29) 中心回转接头 (29) 安全装置系统 .(30) 起重机的操作事项 . .(30) 起重机的操纵装置及仪表 .(30) 作业时注意事项 .(30) 起重机的维护和保养 . .(31) 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 摘要 本次设计是 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： 液压静压桩机 电器控制 in my is of in It is of in is No it in in of of of I a of I It is to of 2 目录 1. 概述 . （ 4） 桩工机械产生的必要条件 . （ 4） 桩工机械的发展简述 . （ 4） 部分 列静力压桩机主要组成 . （ 5） 静力压桩机的主要特点 . （ 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） 压桩机的控制系统 . （ 7） 2. 压桩机电器及控制系统总体设计 .（ 8） 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） 电动机及吊机选择 . （ 8） 控制元件的选择 . （ 9） 电机控制回路 .（ 16） 3. 照明及驾驶室线路系统 .（ 17） 照明及吹风 . （ 17） 其它元件的选择 （ 18） 旋转开关 .（ 18） 变压器 （ 18） 报警装置 .（ 19） 断电报警 （ 19） 油泵滤油器堵塞报警 （ 19） 警装置 常见故障 .（ 21） 驾驶室布局 . （ 21） 4. 压桩吊 ( 23 ) 概述 ( 23 ) 3 技术参数 .(24) 起重机起重作业部分的主要结构原理及操纵 . .(26) 起 升机构 .(26) 起升机构的操纵方法 .(27) 吊臂变幅机构 .(27) 吊臂变幅机构操纵方法 .(27) 回转机构的操纵方法 .(28) 回转机构的操纵方法 .(28) 电气系统 .(29) 中心回转接头 (29) 安全装置系统 .(30) 起重机的操作事项 . .(30) 起重机的操纵装置及仪表 .(30) 作业时注意事项 .(30) 起重机的维护和保养 . .(31) 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） 4 1. 概述 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 3 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 310 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 列振动桩锤，最大激振力达 1800机功率为 240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 列，德国的列。液压振动桩锤可以改变振动频率，可使振锤适应桩 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 5 上海生产的 6000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 列静力压桩机主要组成 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 S 值在 40 范围内软弱地基上施工；而 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 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。 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。 8 2. 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 计任务 本次设计任务是 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。 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 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 75 1）、 220 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 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 4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 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 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 电动机，泵 2 选用 电动机，其具体参数见下表： 10 表 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/ % ) 2505 1480 141 92 0 88 6 8 2 0 93 330 20 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 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 470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 50率 50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 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 选用交流接触器，泵 2 选用 交流接触器，总电源选 用具体技术参数见下表： 表 触器型号 型号 额定电压 额定电流 380控制电动机最大功率 机械 寿命 外形 尺寸 主触头 辅触头 V 10*4)次 80 150 5 75 300 22280 315 200 300 19080 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 系列。在一般情况下，保护电动机选用 列，可根据电流负载大小进行选取，如 式起重机选用的 护变压器及配电线路选用 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 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 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 型号。 本次设计 用 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： ( (1) 13 I A） I 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 (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 熔断器 , 照明及驾驶室电路选用 熔断器 , 主电路选用 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 变化。电动机正常启动时，热继电器不应动作，但长期过载，即 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 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 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 中间继电器，其具体参 数见下表： 表 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 常开 常闭 /万次 /万次 80 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 、 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 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。 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 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 荧光高压汞灯；对机身下面，桩与地面接触区也需照明，选用 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 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 灯的型号 型号 功率 额定电压 额定电流 平均寿命 W V A h 0 220 000 00 220 000 50 220 000 00 220 000 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 直径 300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。 其它元件的选择 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 旋转开关。 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， 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 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 源用 控制电机用 20 10 20 20 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 50500V 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 ，具体技术数据见下表： 表 压器型号 型号 容量 铁芯尺寸 规格 总匝数 导线直径 伏安 mm 500 6480/220 232/137 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。 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 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 电，动断触点闭合，报警灯亮，表示电源断电。 泵滤油器堵塞报警 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 压阻式压力传感器。具体技术数据 如下 表 感器型号 型号 量程 精度 满量程输出 工作温度范围 5 40 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。 警装置常见故障 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。 驾驶室布局 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。 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 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。 21 4 压桩吊 述 粤工牌 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 470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。 术参数 表 重机的主要技术参数 项目 参数 外形尺寸 总长 m 度 m 高 m 重机用钢丝绳 型号 6T(29) 直径 4 长度 m 189 表 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 32 50/32 30 25 2500 2000 主油泵 0 40 32 3000 2000 起升马达 0 28 20 2500 2000 回转马达 表 重机工作转速 吊钧起升速度 （倍率）（第四层） 15 22 （空载） 转台回转速度 r/ 3 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 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
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