电磁打桩机及其控制方法与流程

1.本公开涉及到了打桩设备技术领域，特别涉及到了一种电磁打桩机及其控制方法。


背景技术：

2.打桩机是用于将桩体锤进土壤的打桩设备，打桩机至少包括打桩锤、打桩锤驱动部件与打桩锤制动部件，打桩锤驱动部件驱动打桩锤将桩体锤进土壤中，打桩锤制动部件用于在恰当的时机制动打桩锤。
3.打桩锤制动部件通常包括液压驱动的伸缩缸，伸缩缸的一端朝向打桩锤，伸缩缸伸长时可以对打桩锤起到制动作用。但液压驱动的伸缩缸与打桩锤驱动部件是相互独立的两个部件，在打桩锤实际工作的过程中，容易出现伸缩缸开始制动打桩锤，但打桩锤驱动部件仍在驱动打桩锤的情况，打桩锤制动部件容易被损坏，打桩机整体的可靠性较低。


技术实现要素：

4.本公开实施例提供了一种电磁打桩机及其控制方法，可以降低打桩机损坏的风险以提高打桩机的使用可靠性。所述技术方案如下：
5.本公开实施例提供了一种电磁打桩机，所述电磁打桩机包括变频器、电流切换柜、安装壳以及均与所述安装壳相连的打桩锤驱动部件、打桩锤制动部件与打桩锤，
6.所述变频器的输出端与所述电流切换柜的输入端连通，所述电流切换柜的输出端分别与所述打桩锤驱动部件及所述打桩锤制动部件连通，且所述电流切换柜用于控制所述变频器的输出电流仅流向所述打桩锤驱动部件或仅流向所述打桩锤制动部件，
7.所述打桩锤驱动部件包括与所述安装壳相连的打桩锤电机，所述打桩锤电机的打桩锤定子与所述电流切换柜及所述安装壳连接，所述打桩锤电机的动子的一端与所述打桩锤连接，所述打桩锤制动部件包括与所述安装壳相连的制动电机，所述制动电机的制动定子与所述电流切换柜及所述安装壳连接，所述制动电机的动子用于制动所述打桩锤。
8.可选地，所述打桩锤电机还包括摩擦片，所述摩擦片同轴连接在所述制动动子靠近所述打桩锤的一端，所述摩擦片的直径大于所述制动动子的直径。
9.可选地，所述电流切换柜包括继电器或者处理器。
10.可选地，所述打桩锤制动部件还包括制动连接杆，所述制动连接杆与所述打桩锤电机的动子的另一端同轴相连，所述制动电机为直线电机，所述制动电机的制动动子的一端正对所述制动连接杆。
11.可选地，所述打桩锤制动部件还包括为直线电机的插销电机与定位插销杆，所述制动连接杆的周壁具有多个沿所述制动连接杆的轴向间隔分布的销孔，所述插销电机的插销定子与所述安装壳相连，所述插销电机的插销动子与所述定位插销杆同轴相连，所述定位插销杆远离所述插销电机的一端正对所述制动连接杆的周壁。
12.可选地，所述销孔的直径为所述定位插销杆的直径的1.8～3.5倍。
13.可选地，所述制动定子与所述插销定子均呈管状且同轴间隔分布，所述制动动子同轴且可滑动地插设在所述制动定子内，所述制动动子具有同轴的滑动孔，所述定位插销杆同轴且可滑动地插设在所述滑动孔内，所述定位插销杆远离所述制动连接杆的一端与所述插销动子同轴相连。
14.可选地，所述打桩锤制动部件还包括第一绝缘防护层与第二绝缘防护层，所述第一绝缘防护层与所述制动定子靠近所述插销定子的一端同轴相连，所述第二绝缘防护层与所述插销定子靠近所述制动定子的一端同轴相连。
15.本公开实施例提供了一种电磁打桩机控制方法，所述电磁打桩机控制方法采用如前所述的电磁打桩机实现，所述电磁打桩机控制方法包括：
16.使所述电磁打桩机的变频器及所述电流切换柜将电流仅传递至所述打桩锤驱动部件的打桩锤电机，所述打桩锤电机的动子驱动所述电磁打桩锤的打桩锤工作；
17.使所述电磁打桩机的变频器及所述电流切换柜将电流仅传递至所述打桩锤制动部件的制动电机，所述打桩锤电机断电；
18.所述制动电机制动所述打桩锤。
19.可选地，所述打桩锤制动所述打桩锤，包括：
20.根据所述打桩锤的工作速度与位置，所述制动电机的动子施加作用力给所述打桩锤以制动所述打桩锤。
21.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
22.电磁打桩机的安装壳作为变频器、电流切换柜、打桩锤驱动部件、打桩锤制动部件与打桩锤的安装基础。变频器配合电流切换柜，可以控制变频器的输出电流仅流向打桩锤驱动部件或者电流仅流向打桩锤制动部件。同时打桩锤驱动部件及打桩锤制动部件中主要用于驱动的结构均为电机结构，可以保证打桩锤制动部件中用于制动的制动电机以及打桩锤驱动部件中用于驱动打桩锤的打桩锤电机均受到变频器以及电流切换柜的限制。保证打桩锤电机驱动打桩锤的过程中制动电机没有电流作用，制动电机不工作。而需要制动打桩锤时，则变频器的电流仅流向制动电机，打桩锤电机没有电流流入停止工作。避免了打桩锤电机与制动电机相互干涉的可能性，减小了电磁打桩机损坏的可能，提高了电磁打桩机的工作安全性与可靠性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本公开实施例提供的电磁打桩机的结构示意图；
25.图2是本公开实施例提供的电流切换柜的原理示意图；
26.图3是本公开实施例提供的电磁打桩机的部分结构示意图；
27.图4是本公开实施例提供的电磁打桩机的控制方法流程图；
28.图5是本公开实施例提供的电磁打桩机的另一种控制方法流程图。
具体实施方式
29.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步的详细描述。
30.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
31.为便于理解，此处提供图1进行说明，图1是本公开实施例提供的电磁打桩机的结构示意图，参考图1可知，本公开实施例提供了一种电磁打桩机电磁打桩机包括变频器1、电流切换柜2、安装壳3以及均与安装壳3相连的打桩锤驱动部件4、打桩锤制动部件5与打桩锤6。
32.变频器1的输出端与电流切换柜2的输入端连通，电流切换柜2的输出端分别与打桩锤驱动部件4及打桩锤制动部件5连通，且电流切换柜2用于控制变频器1的输出电流仅流向打桩锤驱动部件4或仅流向打桩锤制动部件5。
33.打桩锤驱动部件4包括与安装壳3相连的打桩锤电机41，打桩锤电机41的打桩锤定子411与电流切换柜2及安装壳3连接，打桩锤电机41的打桩锤动子412的一端与打桩锤6连接，打桩锤制动部件5包括与安装壳3相连的制动电机51，制动电机51的制动定子511与电流切换柜2及安装壳3连接，制动电机51的动子用于制动打桩锤6。
34.电磁打桩机的安装壳3作为变频器1、电流切换柜2、打桩锤驱动部件4、打桩锤制动部件5与打桩锤6的安装基础。变频器1配合电流切换柜2，可以控制变频器1的输出电流仅流向打桩锤驱动部件4或者电流仅流向打桩锤制动部件5。同时打桩锤驱动部件4及打桩锤制动部件5中主要用于驱动的结构均为电机结构，可以保证打桩锤制动部件5中用于制动的制动电机51以及打桩锤驱动部件4中用于驱动打桩锤6的打桩锤电机41均受到变频器1以及电流切换柜2的限制。保证打桩锤电机41驱动打桩锤6的过程中制动电机51没有电流作用，制动电机51不工作。而需要制动打桩锤6时，则变频器1的电流仅流向制动电机51，打桩锤电机41没有电流流入停止工作。避免了打桩锤电机41与制动电机51相互干涉的可能性，减小了电磁打桩机损坏的可能，提高了电磁打桩机的工作安全性与可靠性。
35.需要说明的是，打桩锤电机41与制动电机51的动力均来自于变频器1输出的电流，若没有变频器1输出的电流，则打桩锤电机41与制动电机51均处于待机状态。图1中将电源切换柜以及变频器1划分在了安装壳3之外，电源切换柜、变频器1及安装壳3相互间隔分布，实际上也可将变频器1以及电源切换柜均安装在安装壳3内，本公开对此不做限制。
36.图1中还示意了钢桩，钢桩的附图标识为100。
37.可选地，安装壳3可包括筒状主体，筒状主体的横截面可呈环状。便于制备与安装。
38.在本公开所提供的其他实现方式中，安装壳3也可为其他形状或者制备为可开合
的形状，安装壳3的横截面可作为矩形或者其他不规则形状，本公开对此不做限制。
39.可选地，本公开中所提供的各电机的定子与安装壳3之间可通过螺栓或者配合连接板进行连接。本公开对此不做限制。
40.需要说明的是，定子与安装壳3之间会增加绝缘防护措施。例如定子套上绝缘环，绝缘环再与安装壳3之间通过连接件进行连接。可以保证电磁打桩机的使用安全性。
41.为便于理解，此处提供一种电流切换柜2的原理示意图，图2，图2是本公开实施例提供的电流切换柜的原理示意图，参考图2可知，电流切换柜2可包括箱体21以及箱体21内部的第一开关22、第二开关23与第三开关24，第一开关22与变频器1的输出端相连，第二开关23与第三开关24并联连接在第一开关22上，第二开关23与第三开关24分别连接至打桩锤电机41的定子与制动电机51的定子。
42.电流切换柜2的原理如上所示，可以通过打开第一开关22同时切断变频器1与打桩锤电机41以及制动电机51之间的连接，也可以闭合第一开关22，再控制第二开关23与第三开关24的开闭，分别控制进入打桩锤电机41与制动电机51的电流。电流切换柜2控始终控制第二开关23或者第三开关24中仅有一个开启，以实现打桩锤电机41与制动电机51的工作状态互斥。
43.需要说明的是，可通过处理器配合传感器，检测并控制第二开关23以及第三开关24的闭合情况。
44.可选地，电流切换柜2也可包括继电器或者处理器。
45.电流切换柜2包括继电器或者处理器，可以便于实现电流的切换与控制。
46.图3是本公开实施例提供的电磁打桩机的部分结构示意图，参考图3可知，打桩锤电机41还可包括摩擦片413，摩擦片413同轴连接在制动动子512靠近打桩锤6的一端，摩擦片413的直径大于制动动子512的直径。
47.在制动动子512靠近打桩锤6的一端增加摩擦片413，且摩擦片413的直径大于制动动子512的直径，可以提高制动电机51对打桩锤6的制动效果，保证制动电机51对打桩锤6的稳定制动，减小制动时间，提高电磁打桩机的使用效率。
48.示例性地，摩擦片413的材料可为树脂基摩材料、碳纤维摩擦材料或半金属摩擦材料。
49.摩擦片413的材料在以上范围内选取，可以保证摩擦片413对打桩锤6的有效制动，同时摩擦片413的制备成本也不会过高。
50.可选地，打桩锤制动部件5还包括制动连接杆513，制动连接杆513与打桩锤电机41的动子的另一端同轴相连，制动电机51为直线电机，制动电机51的制动动子512的一端正对制动连接杆513。
51.增加制动连接杆513，制动连接杆513与打桩锤6同轴相连，且制动连接杆513为制动电机51的施力对象，可以降低打桩锤6的磨损，保证打桩锤6的使用强度并提高打桩锤6的使用寿命。
52.可选地，打桩锤制动部件5还包括为直线电机的插销电机52与定位插销杆53，制动连接杆513的周壁具有多个沿制动连接杆513的轴向间隔分布的销孔5131，插销电机52的插销定子522与安装壳3相连，插销电机52的插销动子521与定位插销杆53同轴相连，定位插销杆53远离插销电机52的一端正对制动连接杆513的周壁。
53.增加直线电机形式的插销电机52，插销电机52的插销动子521可以轴向伸缩移动，配合与插销动子521同轴相连的定位插销杆53，插销动子521在轴向伸缩移动的过程中，定位插销杆53也进行轴向移动，可以进入制动连接杆513上的销孔5131内，对制动连接杆513以及打桩锤6起到定位作用，锁紧打桩锤6以避免打桩锤6的工作状态被外力改变。提高电磁打桩锤6的使用安全性与可靠性。
54.需要说明的是，在本公开所提供的实现方式中，打桩锤电机41、制动电机51以及插销电机52均为管状直线电机。在本公开所提供的其他实现方式中，也可以将打桩锤电机41、制动电机51以及插销电机52设置为其他形式的直线电机，本公开对此不做限制。
55.示例性地，插销电机52的定子也可以与电流切换柜2的输出端相连，且插销电机52的电流动力仅来源于变频器1。
56.插销电机52、制动电机51及打桩锤电机41的动力均来源于变频器1，可以保证打桩锤电机41与其他电机不同时工作，互相之间不会产生干涉，减小电磁打桩机由于电机相互干涉而损坏的可能，提高电磁打桩机的使用安全性与可靠性。
57.结合图2，在增加插销电机52的前提下，在第三开关24与打桩锤驱动部件4之间可以增加分别用于连接插销电机52与制动电机51的第四开关25与第五开关26。
58.配合处理器与传感器也可以使得插销电机52与制动电机51不会相互干涉，进一步提高电磁打桩机的使用安全性与可靠性。
59.在本公开所提供的其他实现方式中，插销电机52也可以自带电源，本公开对此不做限制。
60.可选地，销孔5131的直径为定位插销杆53的直径的1.8～3.5倍。
61.销孔5131的直径与定位插销杆53的直径的比例在以上范围内，可以保证销孔5131有足够的空间可以进入定位插销杆53，同时销孔5131与定位插销杆53之间的间隙又不会过大而减弱对打桩锤6以及制动连接杆513的锁紧作用。
62.示例性地，制动定子511与插销定子522均呈管状且同轴间隔分布，制动动子512同轴且可滑动地插设在制动定子511内，制动动子512具有同轴的滑动孔，定位插销杆53同轴且可滑动地插设在滑动孔内，定位插销杆53远离制动连接杆513的一端与插销动子521同轴相连。
63.制动定子511与插销定子522同轴且间隔分布，制动定子511内的制动动子512可以正常轴向移动以实现对制动连接杆513的制动。使定位插销杆53可滑动地插设在插销定子522的内部，且定位插销杆53远离制动连接杆513的一端与插销定子522内部的插销动子521连接。一方面可以节约空间，另一方面可以通过控制制动动子512最终制动停止的位置位于制动连接杆513的位置，定位插销杆53可以直接伸入制动连接杆513的销孔5131内，在打桩锤6的轴向上，不需要同时监测制动动子512以及插销动子521的位置，可以减小处理器的工作量，减小处理器的精度要求，降低电磁打桩机的制备成本。
64.需要说明的是，在制动动子512的端部设置有摩擦片413的前提下，摩擦片413上具有与滑动孔同轴的用于让定位插销杆53通过的避让孔。
65.可选地，制动定子511以及插销定子522的轴线均位于制动连接杆513的径向上，可以保证对打桩锤6的稳定制动。
66.示例性地，制动定子511与插销定子522之间的最小距离可为5mm～35mm。
67.制动定子511与插销定子522之间的最小距离在以上范围内，可以保证制动定子511与插销定子522之间处于绝缘状态，也不会占用较多安装壳3内的空间。
68.可选地，打桩锤制动部件5还包括第一绝缘防护层54与第二绝缘防护层55，第一绝缘防护层54与制动定子511靠近插销定子522的一端同轴相连，第二绝缘防护层55与插销定子522靠近制动定子511的一端同轴相连。
69.第一绝缘防护层54与第二绝缘防护层55的增加，可以进一步提高制动定子511与插销定子522的使用安全性，减小制动定子511与插销定子522之间导通或者相互影响的情况出现的可能性，可以提高电磁打桩机整体的使用安全性与可靠性。
70.示例性地，电磁打桩机中，制动电机51与插销电机52均可设置为至少两个，且制动电极与插销电机52一一对应。至少两个制动电机51沿制动连接杆513的周向等距间隔分布。
71.至少两个制动电机51与至少两个插销电机52一一对应，且至少两个制动电机51沿制动连接杆513的周向等距离间隔分布，可以提高对制动连接杆513以及打桩锤6的制动效果，提高制动效率。
72.图3中仅示意了两个制动电机51与两个插销电机52。在本公开所提供的其他实现方式中，也可以将制动电机51及插销电机52的个数设置为3或4或6。本公开对此不做限制。
73.参考图3可知，打桩锤驱动部件4还可包括第一位移传感器42，第一位移传感器42用于检测打桩锤6的位移。
74.第一位移传感器42的增加可以实时监测打桩锤6的实际位移，可以根据第一位移传感器42的数据再控制制动电机51的制动力。降低制动力过大或者过小的情况出现，提高电磁打桩机的使用安全性与可靠性。
75.示例性地，打桩锤制动部件5还可包括第二位移传感器56与第三位移传感器57，第二位移传感器56用于检测制动动子512的位移，第三位移传感器57用于检测插销动子521的位移。
76.第二位移传感器56与第三位移传感器57的增加可以便于控制制动效果与锁紧效果。
77.图4是本公开实施例提供的电磁打桩机的控制方法流程图，参考图4可知，本公开实施例提供了一种电磁打桩机控制方法，电磁打桩机控制方法采用如前所述的电磁打桩机实现，电磁打桩机控制方法包括：
78.s101：使电磁打桩机的变频器及电流切换柜将电流仅传递至打桩锤驱动部件的打桩锤电机，打桩锤电机的动子驱动电磁打桩锤的打桩锤工作。
79.s102：使电磁打桩机的变频器及电流切换柜将电流仅传递至打桩锤制动部件的制动电机，打桩锤电机断电。
80.s103：制动电机制动打桩锤。
81.电磁打桩机的安装壳作为变频器、电流切换柜、打桩锤驱动部件、打桩锤制动部件与打桩锤的安装基础。变频器配合电流切换柜，可以控制变频器的输出电流仅流向打桩锤驱动部件或者电流仅流向打桩锤制动部件。同时打桩锤驱动部件及打桩锤制动部件中主要用于驱动的结构均为电机结构，可以保证打桩锤制动部件中用于制动的制动电机以及打桩锤驱动部件中用于驱动打桩锤的打桩锤电机均受到变频器以及电流切换柜的限制。保证打桩锤电机驱动打桩锤的过程中制动电机没有电流作用，制动电机不工作。而需要制动打桩
锤时，则变频器的电流仅流向制动电机，打桩锤电机没有电流流入停止工作。避免了打桩锤电机与制动电机相互干涉的可能性，减小了电磁打桩机损坏的可能，提高了电磁打桩机的工作安全性与可靠性。
82.图5是本公开实施例提供的电磁打桩机的另一种控制方法流程图，以图3中所示电磁打桩机作为被控制装置，参考图5可知，电磁打桩机控制方法还可包括：
83.s201：使电磁打桩机的变频器及电流切换柜将电流仅传递至打桩锤驱动部件的打桩锤电机，打桩锤电机的动子驱动电磁打桩锤的打桩锤工作。
84.s202：使电磁打桩机的变频器及电流切换柜将电流仅传递至打桩锤制动部件的制动电机，打桩锤电机断电。
85.s203：根据打桩锤的工作速度与位置，制动电机的动子施加作用力给制动连接杆，以制动与制动连接杆相连的打桩锤。
86.步骤s203中，需要对打桩锤进行制动时，可以通过打桩锤电机获取打桩锤电机断电瞬间打桩锤的速度；通过第一位移传感器获取打桩锤电机断电瞬间打桩锤的位置；根据打桩锤的位置与制动动子的位置获取制动动子与销孔之间的距离，此距离为在打桩锤的轴向上的距离；根据打桩锤的速度及制动动子与销孔之间的距离确定制动动子施加在制动连接杆上的作用力；制动动子将作用力施加在制动连接杆上以制动打桩锤。
87.采用以上步骤，可以有效控制制动动子与销孔之间的距离，便于与制动动子同轴的定位插销杆的工作。
88.示例性地，打桩锤的速度为3.5～5.2m/s，制动动子与销孔之间的距离为30～85mm，则制动动子施加在制动连接杆上的作用力为21～27n。可以保证定位插销杆的稳定制动。
89.s204：控制定位插销杆插入制动连接杆上的销孔以锁紧打桩锤。
90.以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。